一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用技术

一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用。本发明专利技术属于气敏材料领域，具体涉及一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用。本发明专利技术目的是为了解决现有液相法制备的异质结构各组元间晶格不匹配且异质界面不连续，导致缺陷多、内建电场弱，使得电荷传输效率低，进而造成气体传感器在室温工作灵敏度低、响应/恢复慢的问题。方法：通过溶剂热合成法制备了SnS2模板，然后以二氧化硒为硒源，以1

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于气敏材料领域，具体涉及一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]二氧化氮(NO2)作为一种常见的有剧毒气体，主要来源于工业燃料燃烧和机动车尾气排放，是引发酸雨和引发光化学烟雾的主要元凶之一。它能够对呼吸系统造成损害，诱发哮喘、癌症等严重疾病，严重威胁着人类的健康。因此，发展高性能NO2气体传感器用于环境监测、危害预警以及安全防护势在必行，特别是开发在室温下具有高灵敏度、快速响应/恢复特性的新型气敏材料。传统基于二维层状材料的异质结构材料通常缺少界面优化设计，由于界面普遍存在缺陷多、内建电场弱及界面电荷传输效率低的问题，使构建异质结构的两相材料未能充分发挥其各自优异的特性，导致室温下工作的气体传感器难以同时具有高灵敏度和快速响应/恢复特性。
[0003]围绕着基于二维层状材料的异质结构材料最近已发展出二维/二维垂直异质结和二维/二维横向异质结。二维/二维横向异质结由于具有更强的化学相互作用和暴露的活性界面，表现出较二维/二维垂直异质结更为优异的性能。它是依靠强共价键将不同二维材料在同一平面内无缝连接形成的，具有界面缺陷少、各功能基元晶格失配率低的特点，可有效地提升界面的电荷转移能力。目前该类异质结是通过分子束外延或气相沉积等薄膜生长方式构建横向异质结构。然而，这些气相外延生长技术需要严苛的反应条件(如气氛浓度、气流量、升温速率)、产率低、成本高，且转移过程界面易被污染，使其难以实现材料的大批量制备。更为重要的是，目前二维/二维横向异质结构在气敏材料领域的应用仍是空白。因此，亟需开发反应简易、产率高、成本低的新制备技术以大批量合成高质量的二维/二维横向异质结构用于制造高性能NO2气体传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有液相法制备的异质结构各组元间晶格不匹配且异质界面不连续，导致缺陷多、内建电场弱，使得电荷传输效率低，进而造成气体传感器在室温工作灵敏度低、响应/恢复慢的问题，而提供一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法及其应用。
[0005]本专利技术一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法按以下步骤进行：
[0006]一、将硫脲在电磁搅拌的条件下加入到去离子水溶液中，待硫脲溶解后得到混合溶液，在电磁搅拌条件下向混合溶液中加入五水四氯化锡，磁力搅拌10～60min后加入溶剂热反应釜中，在温度为160～200℃的条件下反应8～24h后离心分离，离心所得产物先采用无水乙醇清洗3～5次，再采用去离子水清洗3～5次，放入真空干燥箱干燥，得到SnS2粉末；
所述硫脲与五水四氯化锡的摩尔比为(2～8):1，所述混合溶液中五水四氯化锡的浓度为0.01～0.6mol/L；
[0007]二、将SnS2粉末在电磁搅拌和惰性气氛的条件下加入到1
‑
十八烯溶液中，待SnS2分散后得到反应液；所述反应液中SnS2的浓度为0.01～0.6mol/L；
[0008]三、将SeO2在电磁搅拌的条件下加入到油胺溶液中，待SeO2溶解后得到硒前驱体溶液；所述硒前驱体溶液中硒离子浓度为0.01～0.8mol/L；
[0009]四、将反应液和硒前驱体溶液装入烧瓶中，在温度为200～320℃的条件下反应30～300min后离心分离，离心所得产物先采用环己烷清洗3～5次，再采用无水乙醇清洗3～5次，放入真空干燥箱干燥，最终得到SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料；所述反应液与硒前驱体溶液中溶质的摩尔比(0.5～10):1。
[0010]上述方式制备的二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的应用，是将SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料用于低浓度NO2传感。
[0011]本专利技术的有益效果：
[0012]1、本专利技术以二维层状金属硫化物SnS2作为模板，使用Se离子前驱体进行液相的拓扑离子交换反应，诱导硒化物SnSe2沿SnS2边缘横向拓扑生长，制备具有原子级连续界面的SnS2/SnSe2横向异质结构。该方法制备横向异质结气敏材料具有成本低、制备工艺简单的优点，适于大规模批量合成。
[0013]2、与传统异质结构材料相比，本专利技术制备的SnS2/SnSe2横向异质结构各组元间晶格高度匹配，具有原子级连续的界面。其中，界面缺陷少、内建电场强，电荷传输效率高。
[0014]3、本专利技术制备的SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料在室温工作实现高响应倍率、高灵敏度和快速响应/恢复的检测NO2气体：灵敏度高达322％ppm
‑1，对4ppm NO2的响应倍率和响应/恢复时间分别为1165％和86/77s。
附图说明
[0015]图1为实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构的扫描电镜图；
[0016]图2为不同SnSe2含量的SnS2/SnSe2横向异质结构的X射线衍射(XRD)图谱，Ⅰ为纯SnS2粉末；Ⅱ、Ⅲ、
Ⅵ
分别为2％，10％和30％质量分数SnSe2的SnS2/SnSe2横向异质结构的XRD曲线；
[0017]图3为实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构的EDX元素面分布图；
[0018]图4为纯SnS2的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图；
[0019]图5为实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构的HRTEM图；
[0020]图6为采用实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料在室温下对不同浓度NO2的响应/恢复曲线；
[0021]图7为采用实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料在室温下灵敏度随NO2浓度变化的关系曲线；
[0022]图8为采用实施例一得到的SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料对4ppm的响应/恢复曲线。
具体实施方式
[0023]具体实施方式一：本实施方式的一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法按以下步骤进行：
[0024]一、将硫脲在电磁搅拌的条件下加入到去离子水溶液中，待硫脲溶解后得到混合溶液，在电磁搅拌条件下向混合溶液中加入五水四氯化锡，磁力搅拌10～60min后加入溶剂热反应釜中，在温度为160～200℃的条件下反应8～24h后离心分离，离心所得产物先采用无水乙醇清洗3～5次，再采用去离子水清洗3～5次，放入真空干燥箱干燥，得到SnS2粉末；所述硫脲与五水四氯化锡的摩尔比为(2～8):1，所述混合溶液中五水四氯化锡的浓度为0.01～0.6mol/L；
[0025]二、将SnS2粉末在电磁搅拌和惰性气氛的条件下加入到1
‑
十八烯溶液中，待SnS2分散后得到反应液；所述反应液中SnS2的浓度为0.01～0.6mol/L；
[0026]三、将SeO2在电磁搅拌的条件下加入到油胺溶液中，待SeO2溶解后得到硒前驱体溶液；所述硒前驱体溶液中硒离子浓度为0.01～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法，其特征在于二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏材料的制备方法按以下步骤进行：一、将硫脲在电磁搅拌的条件下加入到去离子水溶液中，待硫脲溶解后得到混合溶液，在电磁搅拌条件下向混合溶液中加入五水四氯化锡，磁力搅拌10～60min后加入溶剂热反应釜中，在温度为160～200℃的条件下反应8～24h后离心分离，离心所得产物先采用无水乙醇清洗3～5次，再采用去离子水清洗3～5次，放入真空干燥箱干燥，得到SnS2粉末；所述硫脲与五水四氯化锡的摩尔比为(2～8):1，所述混合溶液中五水四氯化锡的浓度为0.01～0.6mol/L；二、将SnS2粉末在电磁搅拌和惰性气氛的条件下加入到1
‑
十八烯溶液中，待SnS2分散后得到反应液；所述反应液中SnS2的浓度为0.01～0.6mol/L；三、将SeO2在电磁搅拌的条件下加入到油胺溶液中，待SeO2溶解后得到硒前驱体溶液；所述硒前驱体溶液中硒离子浓度为0.01～0.8mol/L；四、将反应液和硒前驱体溶液装入烧瓶中，在温度为200～320℃的条件下反应30～300min后离心分离，离心所得产物先采用环己烷清洗3～5次，再采用无水乙醇清洗3～5次，放入真空干燥箱干燥，最终得到SnS2/SnSe2横向异质结构气敏材料；所述反应液与硒前驱体溶液中溶质的摩尔比(0.5～10):1。2.根据权利要求1所述的一种二硫化锡/二硒化锡横向异质结构气敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝娟媛，吴若桢，王铀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：