基于仿生结构的Pd-Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开一种基于仿生结构的Pd

【技术实现步骤摘要】
基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术涉及气体检测领域，具体是半导体气体传感器的制备方法，特别是涉及一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]气体传感器在消费生活领域得到了广泛利用。其中半导体气体传感器由于其具有成本低、灵敏度高、便于携带等优势，成为气体传感器发展的主流方向。随着社会发展，各个领域对气体传感器的测量精度要求越来越高。然而目前精度高的气体传感器往往成本也很高，难以满足普通消费市场的需求。同时现有的消费级气体传感器在选择性和稳定性上也具有明显的不足，因此产生的误报、漏报造成了极大的资源浪费和经济损失。因此，普通消费级气体传感器在技术与成本领域的突破是现阶段我国气体传感器行业发展的重点。
[0003]针对目前气体敏感材料及器件在制备方法、成本、灵敏度等方面的不足，结合纳米技术，通过构建纳米材料、表面修饰、构建异质结提升气体响应灵敏度，尤其在金属氧化物表面修饰特定的催化剂，可以促进和某种气体的特异性催化反应，有助于提升对气体响应的灵敏度和选择性。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的摘要提供一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法。
[0005]本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料产品。
[0006]本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
[0007]本专利技术目的通过下述方案实现：一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取新鲜的花瓣，清水冲洗干净后置于
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80 ℃冷冻干燥；步骤二：采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层；所述的采用原子层沉积技术在基片上制备ZnO纳米层，具体方法如下：将原子层沉积系统内腔温度升到80℃~100℃，打开腔体，将样品放入样品池中；腔体内压强降到50 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将二乙基锌通入反应腔，脉冲时间为1s~10s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1s~60s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s~10 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积1000~2000个循环的ZnO层；步骤三：取0.5 g步骤二所得样品置于2
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甲基咪唑的甲醇溶液中，2
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甲基咪唑的摩尔浓度为0.4~0.6 M，甲醇的体积为80 mL，置于反应釜中进行水热反应得到样品A；所述水热反应温度为120~150 ℃，反应时间为3~5 小时；
步骤四：取0.1 g步骤三所得样品置于去离子水中，超声10 min后，加入氯化钯和氯化铜，滴加氨水调节pH值至8.5~10，搅拌状态下加入摩尔浓度0.1M的硼氢化钠的水溶液，搅拌10 min后，将所得沉淀离心干燥；所述的氯化钯和氯化铜和样品A的质量比为0.05~0.1:0.01~0.05：1；所述的硼氢化钠的摩尔量为氯化钯和氯化铜总摩尔量的2~4倍；步骤五：将步骤四干燥好的样品置于坩埚中，于惰性气体氛围下热处理，降至室温后，得到基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料。
[0008]优选的，步骤五中，所述的热处理气体氛围为氮气或氩气，650~750 ℃热处理2~4 小时，升温速度为3~6 ℃/min；将制备好的纳米材料制作成MEMS器件，具体步骤为：取带有Pt插指电极的MEMS器件，用去离子水和乙醇超声清洗，用氮气枪吹干后，取0.5 g步骤二所得样品制成浆料，均匀涂敷于MEMS器件表面，晾干后置于马弗炉内热处理，热处理温度400 ℃，保温时间1 h，升温速率2 ℃/min，待腔体降至室温后取出，得到MEMS气体传感器。
[0009]本专利技术提供一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到。
[0010]本专利技术提供一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料在气体检测中的应用，实现对三乙胺的高灵敏检测。
[0011]采取冷冻干燥技术使花瓣脱水并保持其形貌不变，采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，然后通过水热反应在ZnO表面络合生长一层ZIF
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8，以增加比表面积，然后与氯化钯和氯化铜在去离子水中混合，滴加氨水调节pH值至8.5~10，搅拌状态下加入硼氢化钠使氯化钯和氯化铜原位还原，最后于惰性气体氛围下热处理，降至室温后，得到基于仿生机构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料。本专利技术提供的方法制作简单，成本低，可实现对氨气和甲醛气体的高灵敏检测。
具体实施方式
[0012]实施例1：一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料，采取冷冻干燥技术使花瓣脱水并保持其形貌不变，采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，通过水热反应在ZnO纳米层表面络合生长一层ZIF
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8后，与氯化钯和氯化铜在去离子水中混合，调节pH值至8.5~10，搅拌状态下加入硼氢化钠使氯化钯和氯化铜原位还原，最后，于惰性气体氛围下热处理，降至室温后，得到基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料，按如下步骤制备：步骤一：取新鲜的花瓣，清水冲洗干净后置于
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80 ℃冷冻干燥，使花瓣脱水并保持其形貌不变；步骤二：采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，按下述方案：将原子层沉积系统内腔温度升到80℃，打开腔体，将样品放入样品池中；腔体内压强降到50 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将二乙基锌通入反应腔，脉冲时间为1s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积1000个
h，升温速率2 ℃/min，待腔体降至室温后取出，得到MEMS气体传感器。
[0017]本实施例所得器件的气体传感器在工作温度280 ℃时对浓度1 ppm的甲醛响应灵敏度为10.4，响应时间为10 s，恢复时间为15 s，对氨水最佳响应温度为80 ℃，对1 ppm氨水的响应灵敏度为6.9，响应时间为19 s，恢复时间为28 s。
[0018]实施例3：一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料，与实施例1步骤近似，按如下步骤制备：步骤一：取新鲜的花瓣，清水冲洗干净后置于
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80 ℃冷冻干燥；步骤二：采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，按下述方案：将原子层沉积系统内腔温度升到100℃，打开腔体，将样品放入样品池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，其特征在于，采取冷冻干燥技术使花瓣脱水并保持其形貌不变，采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，通过水热反应在ZnO纳米层表面络合生长一层ZIF
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8后，与氯化钯和氯化铜在去离子水中混合，调节pH值至8.5~10，搅拌状态下加入硼氢化钠使氯化钯和氯化铜原位还原，最后，于惰性气体氛围下热处理，降至室温后，得到基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料，包括如下步骤：步骤一：取新鲜的花瓣，清水冲洗干净后置于
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80 ℃冷冻干燥，使花瓣脱水并保持其形貌不变；步骤二：采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层；步骤三：取0.5 g步骤二所得样品置于摩尔浓度为0.4~0.6 M的2
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甲基咪唑的甲醇溶液中，甲醇的体积为80 mL，置于反应釜中进行水热反应得到样品A；步骤四：取0.1 g样品A置于去离子水中，超声10 min后，加入氯化钯和氯化铜，所述的氯化钯和氯化铜和样品A的质量比为0.05~0.1:0.01~0.05：1；滴加氨水调节pH值至8.5~10，搅拌状态下加入摩尔浓度0.1M的硼氢化钠的水溶液，所述的硼氢化钠的摩尔量为氯化钯和氯化铜总摩尔量的2~4倍；搅拌10 min后，将所得沉淀离心干燥，得干燥好的样品；步骤五：将步骤四干燥好的样品置于坩埚中，于惰性气体氛围下热处理，降至室温后，得到基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料。2.根据权利要求1所述的基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述的花瓣表面沉积ZnO纳米层方法如下：将原子层沉积系统内腔温度升到80℃~100℃，打开腔体，将样品放入样品池中；腔体内压强降到50 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将二乙基锌通入反应腔，脉冲时间为1s~10s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1s~60s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s~10 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积1000~2000个循环的ZnO层。3.根据权利要求1所述的基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述水热反应温度为120~150 ℃反应3~5 小时。4.根据权利要求1所述的基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述的热处理气体氛围为氮气或氩气，650~750 ℃热处理2~4 小时，升温速度为3~6 ℃/min。5.根据权利要求1所述的基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：步骤一：取新鲜的花瓣，清水冲洗干净后置于
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80 ℃冷冻干燥，使花瓣脱水并保持其形貌不变；步骤二：采用原子层沉积技术在干燥后的花瓣表面沉积ZnO纳米层，按下述方案：将原子层沉积系统内腔温度升到80℃，打开腔体，将样品放入样品池中；腔体内压强降到50 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将二乙基锌通入反应腔，脉冲时间为1s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积1000个循环的ZnO层；
步骤三：取0.5 g步骤二所得样品置于摩尔浓度为0.4 M的2
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甲基咪唑的甲醇溶液中，甲醇的体积为80 mL，置于反应釜中120 ℃进行水热反应3 小时，得到样品A；步骤四：取0.1 g样品A置于去离子水中，超声10 min后，加入氯化钯和氯化铜，所述的氯化钯和氯化铜和样品A的质量比为0.05:0.01：1；滴加氨水调节pH值至8.5，搅拌状态下加入摩尔浓度0.1M的硼氢化钠的水溶液，所述的硼氢化钠的摩尔量为氯化钯和氯化铜总摩尔量的2倍；搅拌10 min后，将所得沉淀离心干燥，得干燥好的样品；步骤五：将步骤四干燥好的样品置于坩埚中，于惰性气体氛围下650 ℃热处理4 小时，升温速度为3 ℃/min，降至室温后，得到基于仿生结构的Pd
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Cu共修饰ZnO复合纳米材料。6.根据权利要求1所述的基于仿生结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，葛美英，彭家伟，崔明青，周园园，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：