一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于气体传感材料领域，提供了一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法及应用。所述材料为六角空心管结构，由立方晶型的Pd纳米颗粒修饰氧化铟组成，Pd纳米颗粒的平均粒径约为6.2nm，六角空心管的长度为5

【技术实现步骤摘要】
一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于气体传感材料
，具体涉及包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管及其制备方法与气敏传感领域的应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]甲烷(CH4)作为天然气、液化气和瓦斯气体的主要成分，在日常生活和工业生产中得到了大规模的应用，对生命财产安全和大气环境质量产生重大影响。在相对密闭的空间中，一旦CH4浓度达到爆炸极限(4.9％～15.4％)，就有可能发生严重爆炸，造成严重人员伤亡和财产损失。除了易燃易爆外，甲烷也是一种强大的温室气体，美国环境保护署报告CH4的温室效应约为CO2的20～25倍，并且它可以在大气中停留12年以上，直到完全分解。
[0004]由于响应高、线性范围宽、操作方便、成本低等优点，金属氧化物半导体气体传感器(MOSs)被广泛研究用于气体检测。金属氧化物半导体传感器的传感机制是基于气体分子在传感材料上的表面反应或吸附产生的信号转导，其工作原理是当CH4吸附在气敏材料表面后，在材料表面夺取电子，影响材料主要载流子浓度，从而改变材料的电阻，通过记录材料接触CH4前后的电阻值，间接实现对CH4气体的定性定量监测。以往氧化铟基CH4气敏材料已有许多研究，但由于甲烷热稳定性好，主要存在着传感器工作温度较高，选择性差，灵敏度低、响应恢复时间慢等缺点，从而限制了传感器在实际应用中工作状态。
[0005]此外，对于一种气敏材料而言，气敏性能不仅与材料本身种类有关，同时还与材料的微观结构、组分、表面状态等因素相关。其往往影响CH4气体吸附位点类型及数量，材料表面电子交换程度等从而影响对CH4响应能力。近年来，金属有机框架材料具有比表面积大、孔隙率高和微观结构可调等优点，有利于气体扩散，MOFs衍生的金属氧化物半导体材料也被应用于气体传感方面。另外，加入适量贵金属用作催化剂，是增强MOSs对甲烷的传感性能的一种极其有效的方法。
[0006]综上，目前的氧化铟基气敏材料在气敏监测中的应用中其性能仍有待提高，开发新型的、具有优良气敏性能的氧化铟基气敏传感器是十分必要的。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管材料及其制备方法与气敏检测中的应用。本专利技术制备出一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管，用其制备的气敏元件对CH4气体进行气敏性能测试，具有工作温度较低，响应值高，选择性优良，响应恢复时间迅速等优点。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面，提供了一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，包括：
[0010]将钯盐和表面活性剂PVP溶解在有机溶剂中，进行油浴反应，得到Pd纳米颗粒悬浮液；
[0011]将铟盐和Pd纳米颗粒悬浮液溶解到混合溶液中，溶解均匀再加入有机配体，进行油浴反应，收集产物，进行静置冷却，离心，洗涤，干燥处理，得到包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs前驱体；
[0012]将所述包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs前驱体粉末进行退火处理和还原处理，得到包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管；
[0013]其中，铟源，钯源的质量比为1：0.01～0.03。
[0014]本专利技术的第二个方面，提供了上述的方法制备的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管，为六角空心管，氧化铟作为材料主体，Pd纳米颗粒镶嵌在氧化铟材料中；
[0015]所述包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的长度为5
‑
18μm，直径为1.8～2.2μm，Pd纳米颗粒尺寸为4
‑
8nm，平均粒径为6.2nm。
[0016]本专利技术的第三个方面，提供了一种气敏元件，采用如下方法制备：
[0017]将上述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管与粘结剂研磨混合均匀后，得到浆料；
[0018]将所述浆料涂抹在陶瓷基片上，干燥，煅烧，即得。
[0019]本专利技术的第四个方面，提供了述的气敏元件在气体检测中的应用，包括煤矿的安全检测、天然气泄漏检测、以天然气为动力燃料的汽车安全监测，所述气体为CH4，检测温度为250
‑
450℃。
[0020]本专利技术的有益效果
[0021](1)本专利技术得到的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管尺寸大约为5
‑
18μm，表面具有较多的孔隙结构，为CH4的气体吸附以及后续的气敏反应过程提供了充分的气体吸附位点和扩散路径，从形貌控制合成的角度提高了材料的气敏性能。
[0022](2)本专利技术制备过程中，通在合成铟MOFs的同时掺入不同含量的Pd纳米颗粒，成功得到了包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs，在经过后续的退火、还原过程得到空心的氧化铟六棱管，通过贵金属掺杂增加了反应的活性位点，影响了材料的CH4响应能力。
[0023](3)将本专利技术制备的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管按一定量比例与粘结剂混合均匀研磨后得到涂覆浆料，将浆料均匀涂覆在陶瓷基片后煅烧得到气敏元件。气敏测试结果表明，气敏元件在监测CH4的应用中具有优异的性能，具体表现为较高的响应值(对5000ppm CH4响应值为23.2)，较低的工作温度(370℃)，较短的响应恢复时间(7s/5s)，优良的选择性。
[0024](4)本专利技术制备的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管气敏材料在CH4监测中的应用中具有工作温度低，响应值高，响应恢复速度快，选择性高不易受其他气体干扰等优势，适合应用于实时监测CH4气敏传感器，具有较好的应用前景。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示
例性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1是制备的Pd纳米颗粒和包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的TEM和HRTEM图。
[0027]图2是包覆不同比例的Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的XRD图。
[0028]图3是合成的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管，用以制备的气敏元件示意图和气敏测试电路图，其中1为铂丝导线，2为制备的气敏材料涂层，3为陶瓷基板，4为加热电极，5是金电极。
[0029]图4是制备的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管气敏材料在370℃下对不同气体的响应值柱状图，从图4中可以看出制备的气敏材料对甲烷具有很好的选择性，不受其他干扰气体影响。
[0030]图5是包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管气敏材料在不同温度下对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于，包括：将钯盐和表面活性剂PVP溶解在有机溶剂中，进行油浴反应，得到Pd纳米颗粒悬浮液；将铟盐和Pd纳米颗粒悬浮液溶解到混合溶液中，溶解均匀再加入有机配体，进行油浴反应，收集产物，进行静置冷却，离心，洗涤，干燥处理，得到包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs前驱体；将所述包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs前驱体粉末进行退火处理和还原处理，得到包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管；其中，铟源，钯源的质量比为1：0.01～0.03。2.如权利要求1所述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于，所述钯盐为氯化钯、硝酸钯、硫化钯中的一种或几种。3.如权利要求1所述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于，所述铟盐为In(NO3)3·
4.5H2O、In(NO3)3·
xH2O、InCl3·
xH2O中的一种或几种。4.如权利要求1所述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于，所述有机配体为对苯二甲酸。5.如权利要求1所述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于，钯盐溶液的油浴反应的温度为80
‑
180℃，时间为30min
‑
180min。6.如权利要求1所述的包覆Pd纳米颗粒的铟MOFs衍生的氧化铟空心管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤龙，左晓洋，杨正义，张建新，吴莉莉，刘久荣，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：