【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乙苯传感纳米材料，具体涉及一种co3o4纳米立方体嵌入zno纳米纤维管的制备方法和应用。
技术介绍
1、挥发性有机化合物(vocs)在工业工程、交通运输和家庭活动等领域被广泛使用或释放。许多挥发性有机化合物对人类有毒(致癌、致突变或致畸)，并可造成大气污染。目前，btex(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)因其在城市室外和室内环境中频繁高浓度释放及对健康的危害而受到广泛关注。乙苯在日常生活中的监测引起了人们的广泛关注，研究人员在乙苯检测方面做了大量的工作。然而，寻找一种易于合成且对乙苯具有良好灵敏度和选择性的传感材料仍然是科学界面临的挑战，生产用于环境监测和人体健康保护的高性能乙苯传感器显得极为重要和迫切。目前，氧化锌(zno)作为一种典型的n型金属氧化物半导体(其禁带宽度为3.22-3.5ev)，是比较受关注的乙苯传感材料。然而，zno选择性弱、灵敏度低，阻碍了其作为高性能气体传感器的实际应用。通常，传感材料传感性能的提高，可以借助于形态调整和贵金属负载，为了进一步扩大zno作为高性能气体传感器的实际应用，对其形态调整和贵金属负载，是比较切实可行的手段，可见，通过形态调整和贵金属负载改善zno作为乙苯传感纳米材料的选择性、灵敏度以及工作温度状况，是本研究的重点。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种co3o4纳米立方体嵌入zno纳米纤维管的制备方法和应用，以解决现有zno作为乙苯传感纳米材料的选择性差、灵敏度低的诸多技术问题。
2、本专利
3、co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管，所述纳米纤维管以多孔co3o4纳米立方体有机溶液为内轴溶液、以锌盐有机溶液为外轴溶液进行同轴静电纺丝技术同时纺丝得到的产物煅烧而得，所述内轴溶液和外轴溶液中均加有聚乙烯吡咯烷酮。
4、作为优选地，所述多孔co3o4纳米立方体的粒径为200～300nm。
5、作为优选地，所述纳米纤维管的宽度为100～200nm，长度为100～500μm。
6、作为优选地，所述内轴溶液和外轴溶液的溶剂为n-n二甲基甲酰胺。
7、上述任意一项所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管的制备方法，包括如下步骤：将zif-67纳米立方体分散到有机溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮进行搅拌混匀，记为内轴溶液；将zn2+分散到有机溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮进行搅拌混匀，记为外轴溶液，利用同轴静电纺丝技术将内外轴溶液同时纺丝，使用铝箔纸接收，将产物在空气中煅烧得到中空多孔co3o4/zno纳米纤维管。
8、进一步地，所述内轴溶液和外轴溶液加入聚乙烯吡咯烷酮后的搅拌时间为12h。
9、进一步地，所述内轴溶液和外轴溶液中，zif-67纳米立方体和zn2+的摩尔比为0.06～0.33:1。
10、进一步地，所述同轴静电纺丝过程中，纺丝高压为18kv，距离为15cm，所述静电纺丝反应的外轴推料速度为0.0003mm/s、内轴推料速度为0.0002mm/s，且反应湿度控制在20％～40％。
11、进一步地，所述煅烧的温度为500℃，煅烧时间为120min，升温速率2℃/min。
12、上述任意所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管在乙苯检测中作为气敏传感器制备材料的应用。
13、综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：
14、1、本专利技术使用同轴静电纺丝技术将多孔co3o4纳米立方体嵌入zno纳米纤维管中，形成独特的异质结，提供丰富的活性位点，可以有效地提高对乙苯的吸附能力，提高气体检测的灵敏度，从而提高乙苯的气体传感性能，使得检测浓度范围为0.5～100ppm，实现宽浓度范围乙苯的高灵敏响应，通过测试发现，本专利技术制备的多孔co3o4纳米立方体嵌入zno纳米纤维管使得气敏传感器的气敏性能得到了显著提高，简单地说，当co3o4/zno nts的传感器暴露在空气中时，空气中o2分子将被吸附在co3o4/zno nts的表面，并从co3o4/zno nts表面的导带捕获电子，且电离成o-，从而降低导带中自由电子的浓度，形成耗尽层。当传感器暴露于乙苯中，吸附在co3o4/zno nts表面的乙苯分子将提供电子还原氧离子(o-)，然后将捕获的电子释放回co3o4/zno nts的导带，从而增加自由电子的浓度，缩小耗尽层的宽度，从而降低传感器的电阻。当传感器从乙苯返回空气时，co3o4/zno nts表面的乙苯分子开始解吸，co3o4/zno nts的导带吸收电子，降低了co3o4/zno nts导带中自由电子的浓度，从而增加了传感器电阻。进而实现了对乙苯的高灵敏度响应，最终有效地解决了气敏传感器对乙苯一直以来固有的灵敏度较低问题。
15、2、本专利技术中由于co3o4纳米立方体本身有着多孔结构，经过高温煅烧仍然可以保持煅烧前形成的形状，煅烧后粒径也控制在100～200nm左右，并且对其进行了均匀分散，可增加吸附比表面积，因此本专利技术所述制备方法制备的纳米材料，对传感器的灵敏度具有较大的改善作用。
16、3、本专利技术纳米级co3o4与zno均廉价易获得，制备成本低廉，产品易于推广。
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1.Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管，其特征在于，所述纳米纤维管以ZIF-67有机溶液为内轴溶液、以锌盐有机溶液为外轴溶液进行同轴静电纺丝得到的产物煅烧而得，所述内轴溶液和外轴溶液中均加有聚乙烯吡咯烷酮。
2.如权利要求1所述的Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管，其特征在于，所述多孔Co3O4纳米立方体的粒径为200～300nm。
3.如权利要求1所述的Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管，其特征在于，所述纳米纤维管的宽度为100～200nm，长度为100～500μm。
4.如权利要求1所述的Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管，其特征在于，所述内轴溶液和外轴溶液的溶剂为N-N二甲基甲酰胺。
5.如权利要求1～4任意一项所述的Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将ZIF-67纳米立方体分散到有机溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮进行搅拌混匀，记为内轴溶液；将Zn2+分散到有机溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮进行搅拌混匀，记为外轴溶液，利用同轴静电纺丝技术将内外轴溶液同时纺丝
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述内轴溶液和外轴溶液加入聚乙烯吡咯烷酮后的搅拌时间为12h。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述内轴溶液和外轴溶液中，ZIF-67纳米立方体和Zn2+的摩尔比为0.06～0.33:1。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述同轴静电纺丝过程中，纺丝高压为18kV，距离为15cm，所述静电纺丝反应的外轴推料速度为0.0003mm/s、内轴推料速度为0.0002mm/s，且反应湿度控制在20％～40％。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500℃，煅烧时间为120min，升温速率2℃/min。
10.如权利要求1所述的Co3O4纳米立方体嵌入ZnO的纳米纤维管在乙苯检测中作为气敏传感器制备材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管，其特征在于，所述纳米纤维管以zif-67有机溶液为内轴溶液、以锌盐有机溶液为外轴溶液进行同轴静电纺丝得到的产物煅烧而得，所述内轴溶液和外轴溶液中均加有聚乙烯吡咯烷酮。
2.如权利要求1所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管，其特征在于，所述多孔co3o4纳米立方体的粒径为200～300nm。
3.如权利要求1所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管，其特征在于，所述纳米纤维管的宽度为100～200nm，长度为100～500μm。
4.如权利要求1所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管，其特征在于，所述内轴溶液和外轴溶液的溶剂为n-n二甲基甲酰胺。
5.如权利要求1～4任意一项所述的co3o4纳米立方体嵌入zno的纳米纤维管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将zif-67纳米立方体分散到有机溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮进行搅拌混匀，记为内轴溶液；将zn2+分散到有机溶液中，加入聚乙烯...
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