本发明专利技术提供了一种锌掺杂氧化铟纳米气敏材料及其制备方法。该锌掺杂氧化铟纳米气敏材料可表示为ZnO-In2O3，其中Zn/In摩尔比为0.0042～1∶1，其颗粒直径为10-30nm。本发明专利技术以铟盐、锌盐和沉淀剂为原料，在无模板无表面活性剂和较低温度条件下采用化学溶液法制备锌掺杂氧化铟纳米材料，得到的锌掺杂氧化铟颗粒均匀分散，无团聚现象产生。该锌掺杂氧化铟纳米材料，对乙醇和二氧化氮的气敏性能较好，具有工作温度低，响应恢复快，灵敏度高，选择性强等特点，可用作乙醇和二氧化氮气体传感器中的敏感材料。且该工艺制备的锌掺杂纳米氧化铟材料有较好的紫外吸收和荧光发射，可用作发光材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种锌掺杂氧化铟纳米半导体气敏材料及其制备方法。该气敏材料对こ醇和ニ氧化氮的气敏性能较好，可用于制作こ醇和ニ氧化氮气体传感器。同时该锌掺杂氧化铟纳米材料有较好的紫外吸收和荧光发射，可用作发光材料。
技术介绍
氧化铟作为ー种直接宽带隙半导体材料，因其高敏感性能，可用作气体传感器，氧化锌是ー种成本低廉环境友好具有良好相容性的半导体材料，在气敏方面有广阔的应用前旦-5^ O 文献[I]Applied Surface Science 256 (2010) 5051 - 5055 中 J. C. Tu 等人在氧化铟中掺杂了贵金属钼(Pt)，极大地提高了传感器对硫化氢的气敏响应，并降低了材料的工作温度，但没有讨论Pt的掺杂比例对材料气敏性能的影响。 文献[2] Ind. Eng. Chem. Res. 49 (2010) 3539 - 3543 中 Y. D. Zhang 等人在氧化铟中掺杂了贵金属银(Ag)，明显的提高了传感器对こ醇的敏感性能。虽然贵金属能够提高氧化铟对こ醇的气敏性能，但成本较高。文献[3]J. Phys. Chem. C 114 (2010) 9089 - 9095 中 L. Xu 等人在氧化铟中掺杂了稀土元素，发现掺杂稀土元素能够不同程度提高氧化铟对硫化氢的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种锌掺杂氧化铟纳米材料的制备方法。该方法制备产品周期短，制备エ艺简单。本专利技术不需要额外加入表面活性剂和助表面活性剤，以锌盐、铟盐和沉淀剂为原料，混合后在低温条件下直接制备锌掺杂氧化铟的前驱体，煅烧后得到锌掺杂氧化铟纳米材料。其中Zn/In摩尔比为O. 0042 1:1，其颗粒直径为10_30nm。锌掺杂氧化铟纳米材料具体制备步骤如下 A.分别将锌盐、铟盐和沉淀剂溶于去离子水中，配制浓度为O. 030 O. 152mol/L的溶液，而后按锌盐铟盐沉淀剂体积比为O. 0042^1 1 Γ3进行混合，超声10 20分钟，配制反应溶液； 所述的锌盐是硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、こ酸锌或它们的水合物；所述的铟盐是硝酸铟、氯化铟、硫酸铟或它们的水合物；所述的沉淀剂为六次甲基四肢或六次甲基四胺分别与尿素、氢氧化钠、氢氧化钾的混合物中的一种；其中较好的是六次甲基四肢。B.将步骤A的反应溶液,于60 90°C下反应4 12个小时,得到沉淀物；将沉淀物在15 25°C下净化48 156小时后离心分离，再用去离子水和こ醇洗涤得到沉淀物，该沉淀物为锌掺杂的氢氧化铟即锌掺杂氧化铟的前驱体； C.将B得到的沉淀物于50 60°C温度下烘干I 48小时，再于300 500°C下煅烧I 24小时；得到锌掺杂的纳米氧化铟粉末。将所得的锌掺杂的氧化铟在こ醇中经超声分散后在铜网上制样，所得样品在透射电镜下的形貌如图I所示。由图I可见锌掺杂氧化铟分散均匀无团聚现象，粒径均一。图2是实施例I制备的样品的XPS全谱图，其中In和Zn以及O的摩尔比为I :O.0294 :1. 6273，其中O =In比例为I. 6273大于In2O3和ZnO的计量数之比的和I. 5294，说明锌掺杂氧化铟纳米材料中可能存在氧缺陷。将实施例I和实施例2所得氧化铟掺锌纳米材料分别进行紫外和荧光测试，如图3-4所示，结果显示均存在紫外吸收峰和荧光发射峰，锌掺杂氧化铟纳米材料可以用于制作发光材料。 将得到的锌掺杂氧化铟纳米气敏材料和对比例制备的纯的氧化铟纳米材料分别用こ醇调制成浆涂抹在陶瓷管上(陶瓷管长4mm，直径为1mm，两端已印刷上两个金电极)，在300°C下老化24、6小吋，然后进行气敏性能对比研究。灵敏度对于还原性气体为S=RaiノRgas,对于氧化性气体为S= Rgas/Rぬ，其中R&和Rgas分别为气敏元件在空气中和待测气体存在下的电阻。測量结果见附图5-10。图5中a，b，c分别为实施例I、实施例2和对比例合成的产物对こ醇的气敏性能图，测试温度为230°C。由图5可以得出以下结论同未掺杂氧化铟相比，不同比例的锌掺杂对こ醇的灵敏度有不同程度的提高，当锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对こ醇的灵敏度较高，其对93ppm的こ醇灵敏度可达103。由图6可见锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对こ醇的响应和恢复时间短，分别为14s和37s。由图7可见锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对こ醇选择性较好。上述结果表明掺杂摩尔比为O. 0376的锌掺杂氧化铟纳米材料对こ醇气敏性能较好，可用于制作こ醇传感器。图8中a，b，c分别为实施例I、例2和对比例合成的产品对ニ氧化氮的气敏性能图，测试的温度为ierc。由图8可以得出以下结论相比未掺杂氧化铟，不同比例的锌掺杂对ニ氧化氮的灵敏度有不同程度的提高，当锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对ニ氧化氮的灵敏度显著提高，其对IOppmニ氧化氮灵敏度高达249。由图9可见锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对ニ氧化氮的响应和恢复时间短，分别为3s和14s。由图10可见锌掺杂摩尔比为O. 0376时，锌掺杂氧化铟纳米气敏材料对ニ氧化氮选择性強。上述结果表明锌掺杂摩尔比为O. 0376的锌掺杂氧化铟纳米材料对ニ氧化氮气敏性能较好，可用于制作ニ氧化氮气体传感器。通过气敏测试表明，该エ艺制备的锌掺杂氧化铟纳米材料对こ醇以及ニ氧化氮的气敏性能较好，具有工作温度低(对こ醇和ニ氧化氮的工作温度分别为230°C和161°C)，响应恢复快(对こ醇的响应和恢复时间分别为14s和37s ;对ニ氧化氮的响应和恢复时间分别为3s和14s)，灵敏度高(对93ppmこ醇灵敏度为103，是未掺杂氧化铟材料灵敏度的I. 8倍；对IOppm ニ氧化氮灵敏度为249，是未掺杂氧化铟材料灵敏度的3. 8倍)，选择性好等特点。本专利技术的有益效果 I.本专利技术所采用的制备方法，エ艺简便、容易操作，易于实现エ业生产。所制备的锌掺杂氧化铟纳米材料分散均匀，且不易团聚比表面积大。2.本专利技术制备的锌掺杂氧化铟纳米材料，相比未掺杂的氧化铟纳米材料有明显的气敏优势，对こ醇和ニ氧化氮的气敏性能较好，具有工作温度低，响应恢复快，灵敏度高，选择性强等特点，可用于こ醇和ニ氧化氮气体传感器的制作。3.该锌掺杂氧化铟纳米材料有较好的紫外吸收和荧光发射，可用于发光材料的制作。附图说明图I是实施例I制备的样品的透射电镜(TEM)图。图2是实施例I制备的样品的X射线光电子能谱(XPS)图。图3中a，b分别是实施例I和例2制备的样品的紫外(UV)吸收光谱。*图4中a，b分别是实施例I和例2制备的样品的荧光(PL)光谱。图5中a，b，c分别是实施例I、例2和对比例制备的样品对こ醇的响应在230°C下随浓度变化曲线。图6是实施例2制备的样品在230°C对こ醇的响应/恢复曲线。图7是实施例2制备的样品在230°C对IOppm的ニ氧化氮和IOOppm的其它气体的选择性图。图8中a，b，c是实施例I、例2和对比例制备的样品对ニ氧化氮响应在工作温度为ierc下随浓度变化曲线。图9是实施例2制备的样品在161°C对ニ氧化氮的响应/恢复曲线。图10是实施例2制备的样品在161°C对I本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种锌掺杂氧化铟纳米气敏材料，其表示为ZnO-In2O3,其中Zn/In摩尔比为O.0042 ~ 1:1,其颗粒直径为 10-30nm。2.—种权利要求I所述的锌掺杂氧化铟纳米气敏材料的制备方法，具体制备步骤如下 A.分别将锌盐、铟盐和沉淀剂溶于去离子水中，配制浓度为O.030 O. 152mol/L的溶液，而后按锌盐铟盐沉淀剂体积比为O. 0042^1 1 Γ3进行混合，超声10 20分钟，配制反应溶液； 所述的锌盐是硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、こ酸锌或它们的水合物；所述的铟盐是硝酸铟、氯化铟、硫酸铟或它们的水合物；所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾福博，孔令青，王志华，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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