一种中空球状钒酸镍-氧化镍异质材料及其制备方法和应用、三乙胺气体传感器技术

本发明专利技术提供了一种中空球状钒酸镍

【技术实现步骤摘要】
一种中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料及其制备方法和应用、三乙胺气体传感器


[0001]本专利技术涉及气敏材料
，具体涉及一种中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料及其制备方法和应用、三乙胺气体传感器。

技术介绍

[0002]气体传感器在监测环境污染和生命安全等方面功不可没。金属氧化物半导体(MOS)气体传感器由于其制造简单、操作方便、适用面广和成本低廉等优势成为监测有毒有害挥发性有机气体(VOCs)最有利的手段。NiO作为一种p型宽带隙MOS，优良的催化以及电学性能使其在传感器领域有广阔的应用前景。CN106006764B公开了一种以有序介孔二氧化硅材料(SBA
‑
15)为模板制备的比表面积为92.6m2g
‑1的有序介孔NiO纳米材料，对丙酮气体具有较高的选择性，然而其工作温度过高(T＝340℃)，灵敏度较低(S＝4.3)，限制了其在实际应用的可能。
[0003]传统方法制备的纯NiO材料具有比面积小、孔隙率低的特点，限制了气体分子与敏感材料之间的反应和气体扩散，导致其对气体的灵敏度较差，不能满足人们对高灵敏度传感器的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料及其制备方法和应用、三乙胺气体传感器，本专利技术制备的中空球状钒酸镍
‑
氧化镍(Ni3V2O8‑
NiO)异质材料具有较大的比表面积和高孔隙率，对三乙胺气体具有较高的灵敏度。/>[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将硝酸镍、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、水、乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，进行溶剂热反应，得到Ni
‑
MOF前驱体产物；
[0008]将所述Ni
‑
MOF前驱体产物和钒酸盐溶液混合，进行离子交换反应，得到Ni
‑
V
‑
MOFs前驱体产物；
[0009]将所述Ni
‑
V
‑
MOFs前驱体产物进行退火，得到中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料。
[0010]优选地，所述硝酸镍、均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为4～39:2～18:1；所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量为40000。
[0011]优选地，所述水、乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为(0.5～2):(1～2):(1～3)。
[0012]优选地，所述溶剂热反应的温度为120～160℃，时间为12～16h。
[0013]优选地，所述钒酸盐溶液的浓度为1.0～6.0mmol/L；所述硝酸镍和钒酸盐溶液中钒酸盐的摩尔比为17:(6～24)。
[0014]优选地，所述退火的温度为300～400℃，保温时间为1～3h。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异
质材料，比表面积为200～300m2g
‑1，孔隙率为0.2～0.4cm3g
‑1。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料在三乙胺气体传感器中的应用。
[0017]本专利技术提供了一种三乙胺气体传感器，所述三乙胺气体传感器的敏感材料为上述技术方案所述的中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料。
[0018]优选地，所述三乙胺气体传感器为旁热式结构。
[0019]本专利技术提供了一种中空球状钒酸镍
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氧化镍异质材料的制备方法，包括以下步骤：将硝酸镍、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、水、乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，进行溶剂热反应，得到Ni
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MOF前驱体产物；将所述Ni
‑
MOF前驱体产物和钒酸盐溶液混合，进行离子交换反应，得到Ni
‑
V
‑
MOFs前驱体产物；将所述Ni
‑
V
‑
MOFs前驱体产物进行退火，得到中空球状钒酸镍
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氧化镍异质材料。本专利技术通过阳离子交换法在单一Ni
‑
MOF中引入V客体元素来制备双金属Ni
‑
V
‑
MOFs，并通过退火工艺进一步将其转化为中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料。Ni3V2O8‑
NiO异质材料中NiO和Ni3V2O8的界面形成空间电荷区p
‑
p异质结，在调控敏感材料表面载流子浓度和传导通道方面发挥着重要作用，有利于气敏性能的提升。本专利技术提供的制备方法简单、成本低，制备的Ni3V2O8‑
NiO异质材料具有较高的比表面积和孔隙率，可以为三乙胺气体在材料表面的吸附和扩散提供充分暴露的界面和更有利的通道。实施例结果表明，采用本专利技术的Ni3V2O8‑
NiO异质材料制备的三乙胺气体传感器对100ppm三乙胺的灵敏度为15.0～43.7，是纯NiO基气体传感器灵敏度的7.5～21.0倍，检测的最小浓度值为0.5ppm，具有检测ppb量级的下限。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1～3和对比例1所制备样品的X射线衍射图谱；
[0021]图2为本专利技术实施例1～3和对比例1所制备样品的SEM图，其中a为对比例1；b为实施例1；c为实施例2；d为实施例3；
[0022]图3为本专利技术实施例2所制备样品的EDX映射以及EDS能谱图，其中a为EDX映射图；b为EDS能谱图；
[0023]图4为本专利技术实施例1～3和对比例1所制备样品的N2吸附脱附等温线以及孔径分布图，其中a为对比例1的N2吸附脱附等温线；c为实施例1的N2吸附脱附等温线；e为实施例2的N2吸附脱附等温线；g为实施例3的N2吸附脱附等温线；b、d、f、h为对应的孔径分布曲线；
[0024]图5为本专利技术三乙胺气体传感器的结构示意图；
[0025]图6为本专利技术实施例1～3和对比例1所制备样品的三乙胺气体传感器在不同温度下对100ppm三乙胺的气敏响应；
[0026]图7为本专利技术实施例2所制备样品的三乙胺气体传感器暴露在不同浓度三乙胺蒸气的瞬时动态响应恢复曲线。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种中空球状钒酸镍
‑
氧化镍异质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028]将硝酸镍、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、水、乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺混合，进行溶剂热反应，得到Ni
‑
MOF前驱体产物；
[0029]将所述Ni
‑
MOF前驱体产物和钒酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空球状钒酸镍
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氧化镍异质材料的制备方法，包括以下步骤：将硝酸镍、均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮、水、乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺混合，进行溶剂热反应，得到Ni
‑
MOF前驱体产物；将所述Ni
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MOF前驱体产物和钒酸盐溶液混合，进行离子交换反应，得到Ni
‑
V
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MOFs前驱体产物；将所述Ni
‑
V
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MOFs前驱体产物进行退火，得到中空球状钒酸镍
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氧化镍异质材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸镍、均苯三甲酸和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比4～39:2～18:1；所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量为40000。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水、乙醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为(0.5～2):(1～2):(1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿旺昌，曹心柔，陈心茹，邢岳辉，张秋禹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：