一种MXene/g-C3N4复合材料的制备方法、产品及一种气敏传感器及其应用技术

本发明专利技术公开了一种MXene/g

【技术实现步骤摘要】
一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法、产品及一种气敏传感器及其应用


[0001]本专利技术涉及气敏材料领域，特别是涉及一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法、产品及一种气敏传感器及其应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断进步，科技的不断创新，NH3、NO2逐渐成为污染空气、损害人体健康的主要有害气体。人体若长期吸入NH3将造成肺水肿、呼吸窘迫综合征等疾病，当NO2浓度超过1ppm时，将损害呼吸系统并加重呼吸系统疾病，同时，NH3、NO2会对河流、土地、植被及空气造成严重污染。因此，制备开发出可以精确检测NO2、NH3的气敏传感器是势在必行的。
[0003]目前，针对NO2、NH3检测的气体敏感材料主要集中在SnO2、ZnO、Co3O4、WO3等金属氧化物半导体中。虽然金属氧化物半导体气敏传感材料表现出了优异的气敏特性，但其往往需要较高的工作温度，同时所制备的气敏传感器只能针对一种气体，这样不仅会造成材料浪费，而且会提高能耗。
[0004]因此，如何提供一种能够在低温条件下工作，且具有高气敏性能、可检测双重气体的传感器是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种不同F/O比MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法、产品及一种气敏传感器及其应用，以解决上述现有技术存在的问题，该复合材料能够在低温，高温对不同气体展现出高气敏性能，同时对NH3和NO2表现出良好的气敏选择性及稳定性，可制备出双重气体气敏传感器，用于NH3和NO2的检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将MAX置于氟盐与HCl的混合溶液中，在水热条件下搅拌进行液相刻蚀，再经清洗后，烘干得到MXene材料；
[0009](2)将所述MXene材料与g
‑
C3N4混合后，在气体条件下烧结，获得MXene/g
‑
C3N4复合材料。
[0010]优选的，步骤(1)中所述MAX前驱体选自V2AlC、V3AlC2、Cr2AlC、Cr3AlC2、Ti2AlC、Ti3AlC2中的一种；
[0011]所述的氟盐为NaF、LiF中的一种；
[0012]所述混合溶液中HCl浓度为6mol/L，所述氟盐浓度为3.85mol/L；
[0013]所述搅拌速率为450
‑
550rpm，所述水热温度为100
‑
120℃，所述水热时间为5
‑
7天；
[0014]所述清洗为利用去离子水和无水乙醇清洗至中性；
[0015]所述烘干温度为60
‑
80℃，干燥时间为7
‑
12h；
[0016]所述MXene材料为V2CT
x
、V3C2T
x
、Cr2CT
x
、Cr3C2T
x
、Ti2CT
x
、Ti3C2T
x
中的一种。
[0017]有益效果：制备MXene过程，采用HCl和氟盐混合溶液，避免了HF有毒、高危体系，获得了纯净层状MXene材料。
[0018]优选的，步骤(2)中所述MXene材料与g
‑
C3N4质量比为(3
‑
5)：(10
‑
15)；
[0019]所述气体条件为氩气或空气条件下；
[0020]所述烧结温度为200℃
‑
300℃，烧结时间为0.5
‑
1h；
[0021]所述g
‑
C3N4材料所用化学药品为三聚氰胺或尿素，仪器为马弗炉，制备温度为450℃
‑
560℃。
[0022]优选的，步骤(1)与(2)之间还包括：
[0023](1
‑
1)将所述MXene材料分散到碱溶液中搅拌，然后依次进行清洗、烘干、烧结，获得高羟基(
‑
OH)MXene材料；
[0024]优选的，步骤(1
‑
1)中所述碱溶液为NaOH溶液或KOH溶液；
[0025]所述碱溶液浓度为1.8mol/L；
[0026]所述搅拌速率为700rpm，搅拌时间为4
‑
6h；
[0027]所述清洗为用去离子水清洗5
‑
8次，所述烘干温度为70
‑
90℃，干燥时间为8
‑
12h；
[0028]所述烧结为在氩气气氛下烧结，烧结温度为400
‑
500℃，烧结时间为2
‑
3h。
[0029]一种由上述制备方法制备得到的MXene/g
‑
C3N4复合材料。
[0030]一种气敏传感器，包括上述MXene/g
‑
C3N4复合材料，制备方法包括以下步骤：
[0031]将所述MXene/g
‑
C3N4复合材料与乙醇溶液进行混合，研磨后印刷在镀铂电极的陶瓷片上，放置于管式炉中于Ar保护气氛下烧结，获得气敏传感器。
[0032]其中，上述乙醇溶液为研磨介质，本领域技术人员能够根据实际研磨情况对乙醇浓度以及添加量进行适应性调整；并且，本专利技术对于研磨粒径并无特殊限定，本领域技术人员能够根据印刷状态对研磨时间及最终研磨粒径进行选择。
[0033]所述烧结温度为350℃
‑
550℃，时间为2
‑
4h。
[0034]一种气敏传感器在NO2和/或NH3气体的检测中的应用。
[0035]本专利技术公开了一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法、产品及一种气敏传感器及其应用，本专利技术通过对MXene官能团调控及与g
‑
C3N4的复合有效降低了MXene表面F官能团的含量，为材料在进行气敏性能测试时提供更多的氧活性位点，提高气敏性能。其次，本专利技术通过对MXene官能团调控以及将其与g
‑
C3N4进行复合，改变了MXene材料的能级结构，使得MXene材料在不同温度下对不同气体表现出不同的半导体特性，从而实现对不同气体气敏性能的检测。另外，本专利技术所得的MXene/g
‑
C3N4气敏材料具有良好的气敏特性，在25℃下，对100ppm NH3的气敏响应值可达到84.2％，同时对NH3和NO2表现出良好的气敏选择性及稳定性，可制备出双重气体气敏传感器。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将MAX置于氟盐与HCl的混合溶液中，在水热条件下搅拌进行液相刻蚀，再经清洗后，烘干得到MXene材料；(2)将所述MXene材料与g
‑
C3N4混合后，在气体条件下烧结，获得MXene/g
‑
C3N4复合材料。2.根据权利要求1所述的一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述MAX前驱体选自V2AlC、V3AlC2、Cr2AlC、Cr3AlC2、Ti2AlC、Ti3AlC2中的一种；所述的氟盐为NaF、LiF中的一种；所述混合溶液中HCl浓度为6mol/L，所述氟盐浓度为3.85mol/L；所述搅拌速率为450
‑
550rpm，所述水热温度为100
‑
120℃，所述水热时间为5
‑
7天；所述清洗为利用去离子水和无水乙醇清洗至中性；所述烘干温度为60
‑
80℃，干燥时间为7
‑
12h；所述MXene材料为V2CT
x
、V3C2T
x
、Cr2CT
x
、Cr3C2T
x
、Ti2CT
x
、Ti3C2T
x
中的一种。3.根据权利要求1所述的一种MXene/g
‑
C3N4复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述MXene材料与g
‑
C3N4质量比为(3
‑
5)：(10
‑
15)；所述气体条件为氩气或空气条件下；所述烧结温度为200℃
‑
300℃，烧结时间为0.5
‑
1h；所述g<...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯明，江国鑫，杨黎，郭胜惠，沈志刚，张德起，杜倩，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：