一种Co-BDC/MXene纳米复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种Co

【技术实现步骤摘要】
一种Co
‑
BDC/MXene纳米复合材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于气体传感器领域，尤其是一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]气体传感器作为人类感官的延伸，在环境检测、食品安全、工业安全及航空航天等多个领域具有广阔的应用前景。气敏材料作为气体传感器最核心的器件，开发出对于目标气体具有高敏感度、高稳定性、高选择性、低功耗及低响应时间的气敏材料是人们迫切需要的。
[0003]MXene纳米材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，由于它和石墨烯类似的结构，又被称为“类石墨烯”。这种材料具有较大的比表面积，加上材料表面存在大量官能团，所以该材料可以为气体吸附和表面反应提供丰富的活性位点。据报道，Lee等首次发现了Ti3C2MXene具有良好的气敏性能，并且最佳工作温度相比于常见的半导体气敏材料低很多，即使在室温条件下也展现出不错的气敏性能。但由于MXene材料表面官能团的存在和一些其它原因，MXene材料在氧化性气氛中容易发生氧化反应从而导致二维结构的坍塌，因此MXene材料用于气敏材料存在稳定性较差的缺点，这严重限制了MXene材料在传感器领域的进一步发展。
[0004]目前常见的以金属氧化物半导体材料作为敏感材料的气体传感器存在气敏性较低，电导率低，工作温度高，能耗大，响应/恢复时间长等缺点，从而限制了气体传感器的应用。MOFs材料虽然具有较大的比表面积，多的活性位点等优势外，但它的电导率较差的缺点使它在气体传感器方面难以进一步发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了进一步提升现有气敏材料的性能，提供了一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料、制备方法及应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料的制备方法，包括以下操作：
[0008]将MXene分散于N，N
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二甲基甲酰胺中，之后加入Co(NO3)2·
6H2O，进行静电吸附自组装，得到混合液；
[0009]将对苯二甲酸的DMF溶液分散在混合液中，再依次加入乙醇和水，混合后作为前驱体；
[0010]将前驱体置于反应釜内，充入惰性气体，之后在温度为140℃反应12h，反应结束后收集沉淀物，得到Co
‑
BDC/MXene纳米复合材料。
[0011]进一步的，每15ml N，N
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二甲基甲酰胺中分散有0.035g MXene和0.291gCo(NO3)2·
6H2O；
[0012]在对苯二甲酸的DMF溶液中，每10ml DMF中分散有0.166g对苯二甲酸。
[0013]进一步的，将对苯二甲酸的DMF溶液分散在混合液中时，按照每15ml N，N
‑
二甲基甲酰胺对应10ml DMF进行混合。
[0014]进一步的，加入乙醇和水时，每15ml N，N
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二甲基甲酰胺加入2ml乙醇和2ml水。
[0015]一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料，其特征在于，根据本专利技术所述的制备方法制备得到。
[0016]进一步的，作为气敏材料用于检测VOCs气体的浓度。
[0017]进一步的，将所述Co
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BDC/MXen纳米复合材料放入研钵中，加入乙醇，之后研磨成糊状液体；
[0018]将糊状液体涂覆到对电极上，待乙醇挥发之后，得到Co
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BDC/MXene气敏元件。
[0019]进一步的，在工作温度为110℃时进行检测。
[0020]进一步的，用于检测丙酮、甲醇、正丙醇、甲苯、乙醇和甲醛的浓度。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料及应用，Co
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BDC/MXene基传感器对丙酮气体具有良好的敏感度，具有低的检测限和较广的检测范围。Co
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BDC/MXene复合材料相比于纯MXene材料稳定性也有所提高，所以Co
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BDC/MXene基丙酮传感器的稳定性会更优。同时由于MXene材料良好的柔韧性和可塑性，Co
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BDC/MXene复合材料具有制备出柔性可穿戴式气体传感器的可能性。最后，Co
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BDC/MXene复合材料相较于传统MOFs的导电性获得了明显的改进。
[0023]本专利技术提供一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料的制备方法，步骤简单，反应可控。
附图说明
[0024]图1为Co
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BDC/MXene气敏元件对100ppm丙酮气体灵敏度和工作温度关系图；
[0025]图2为Co
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BDC/MXene气敏元件在工作温度110℃下对丙酮、甲醇、正丙醇、甲苯、乙醇和甲醛六种不同VOC气体的响应图；
[0026]图3为Co
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BDC/MXene气敏元件在110℃工作温度下对不同浓度丙酮气体的动态响应图。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品
或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0030]目前关于MXene材料在气体传感器领域的应用仍处在起步阶段，无论是反应机理的研究还是实际应用方面仍然有许多问题需要探究。不过由于MXene材料具有比表面积大，电子迁移率高和可塑性良好等优点，将MXene材料应用在气体传感器上拥有着广阔的前景。要推动MXene材料在气体传感器上的进一步应用则需要解决如何提升MXene材料的稳定性，如何促进气体的吸附反应等问题。本专利技术将MXene材料和MOFs材料复合形成复合纳米材料—本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Co
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BDC/MXene纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作：将MXene分散于N，N
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二甲基甲酰胺中，之后加入Co(NO3)2·
6H2O，进行静电吸附自组装，得到混合液；将对苯二甲酸的DMF溶液分散在混合液中，再依次加入乙醇和水，混合后作为前驱体；将前驱体置于反应釜内，充入惰性气体，之后在温度为140℃反应12h，反应结束后收集沉淀物，得到Co
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BDC/MXene纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的Co
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BDC/MXene纳米复合材料的制备方法，其特征在于，混合液中每15ml N，N
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二甲基甲酰胺中分散有0.035g MXene和0.291g Co(NO3)2·
6H2O；在对苯二甲酸的DMF溶液中，每10ml DMF中分散有0.166g对苯二甲酸。3.根据权利要求1所述的Co
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BDC/MXene纳米复合材料的制备方法，其特征在于，将对苯二甲酸的DMF溶液分散在混合液中时，按照每15ml N，N
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二甲基甲酰胺对应10ml DMF进行混合。4.根据权利要求3所述的Co

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆彩，刘欢，刘文昊，程静雯，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：