一种复合金属氧化物气敏材料及其制备方法技术

一种复合金属氧化物气敏材料及其制备方法，属于气敏传感材料技术领域。其组成为二价金属氧化物、二价与三价或/和四价金属形成的金属氧化物，其中二价金属为Co、Zn、Ni、Mg、Fe中的一种或几种，三价金属为Fe、Al中的一种或两种，四价金属为Ti、Ce、Sn中的一种或几种，其中二价与三价或/和四价金属的摩尔比为（2～5）：1。先制备LDHs结构前躯体，然后将LDHs结构拓扑转变生成高效复合金属氧化物气敏材料，即可。该气敏材料均匀分布，可在环境湿度为60%的条件下工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气敏传感材料
，特别是提供了一种复合金属氧化物气敏传感材料的制备方法，这种气敏传感材料具有元素组成可调和分布均匀的特征，可在较大的湿度范围内和较低的操作温度下使用。
技术介绍
随着科技的进步与生活水平的提高，环境污染问题得到了人们更多地关注，而高效的气敏传感材料逐渐成为研究的热点。研究比较热的气敏传感材料主要有半导体气敏材料，导体和半导体复合气敏材料，固体电解质气敏材料以及有机高分子气敏材料等四类，其中半导体材料以灵敏度高，响应快，体积小，结构简单使用方便，价格便宜等优点而得到广泛应用与发展。常见半导体气敏传感材料多采用溶胶凝胶法制备得到，在气敏传感中往往表现出操作温度高，对环境湿度较敏感，而复合金属氧化物能够兼具两种或两种以上金属·氧化物的优势，甚至可以在气敏传感中表现出各组分金属氧化物的协同作用。水滑石类化合物(LDHs)具有层板元素组成可调，层间阴离子可调等性质，而且利用水滑石拓扑转变效应可以制备元素组成可调，结构可控的复合金属氧化物。本专利技术采用类水滑石材料作为前躯体进行拓扑转变制备具有气敏传感性能的复合金属氧化物，以提高材料的气敏传感性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合金属氧化物气敏传感材料及制备方法，利用前体水滑石层板元素可调性，经高温焙烧制备复合金属氧化物气敏传感材料，同时成本较低，适用于大规模复合金属氧化物气敏传感材料的制备。本专利技术提供的气敏材料由两种或两种以上金属氧化物组成，该材料可在环境湿度为60%的条件进行工作，通过改变气敏材料的组成和含量，实现同时提高气敏材料的灵敏度和降低气敏材料对湿度的敏感性。本专利技术高效复合金属氧化物气敏材料，其特征在于，由两种或两种以上纳米半导体金属氧化物组成，且分布均匀，其组成为二价金属氧化物、二价与三价或/和四价金属形成的金属氧化物，其中二价金属为Co、Zn、Ni、Mg、Fe中的一种或几种，三价金属为Fe、Al中的一种或两种，四价金属为Ti、Ce、Sn中的一种或几种，其中二价与三价或/和四价金属的摩尔比为(2 5) :1。上述复合金属氧化物气敏材料优选由二价金属氧化物、二价与三价金属形成的金属氧化物组成。二价和三价的Fe不同时存在。本专利技术的高效复合金属氧化物气敏材料的制备方法，其特征在于，将LDHs结构拓扑转变生成高效复合金属氧化物气敏材料，具体包括以下步骤( I)前驱体类水滑石的制备按照摩尔比范围为(2 5):1称取可溶性二价金属盐和三价金属盐或/和四价金属盐，形成混合盐溶液；然后将尿素加入到上述的混合盐溶液中，配制成均一透明的溶液，并转移至反应釜中，其中，三价或/和四价金属盐的浓度范围为2. 5 50mM，尿素浓度为17.5 550mM ;然后在搅拌条件下再加入柠檬酸钠，其浓度为0. 15 0. 40mM ;采用机械搅拌的方式在高压釜120°C 180°C反应24h 48h，高压釜压力范围在0. 47 I. 20MPa ;离心，用去离子水、无水乙醇洗涤，干燥；(2)复合金属氧化物气敏材料的制备将制得的前躯体类水滑石材料经拓扑转变效应制备复合金属氧化物，升温速率范围为0. rc /min 20°C /min，焙烧温度范围为400°C 800°C，焙烧时间范围为0. 5h 16h0·复合金属氧化物材料气敏性能的测定将所得复合金属氧化物制成气敏元件，操作温度范围为150°C 400°C，环境湿度范围为10% 60%，可用于检测一氧化碳、二氧化氮、甲烷、丙烯、乙醇、环己烷、苯乙烯、二甲苯、甲苯、苯、汽油等，检测范围分别为IOppm lOOOppm。所得复合金属氧化物气敏材料，高分辨透射电镜表征显示分布均匀状态。附图说明图I镍铁水滑石的SEM图，显示前体水滑石的结晶度良好；图2为由镍铁水滑石制备镍铁复合金属氧化物的微观结构与分散状态，显示分布状态均匀。具体实施例方式实施例I分别取30mmol Ni (NO3) 2 .6H20，15mmol Fe (NO3) 3.9H20，和 0. Ilmol 尿素溶于 300mL去离子水配制成均一透明的溶液，并转移至反应釜中。0. OlOmmol柠檬酸钠，在搅拌条件下加入上述溶液中。采用机械搅拌的方式在高压釜中150°C反应48h ;离心，用去离子水，无水乙醇洗涤，室温真空干燥。反应釜内的压力为0. 52MPa。由XRD 分析可得，(003)、(006)、(101)、(012)、(104)、(015)、(107)、(018)、(0012)、(0010)、(0111)、(0015)、(110)、(113)、(1013)、(116)、(0014)和(202)的高度对称性的特征衍射峰出现，说明制备了高结晶度、结构规整、单一晶相的含铁水滑石。由扫描电镜(SEM)可得，得到表面均匀平整的片状水滑石。从室温开始，升温速率为1°C /min,焙烧温度为500°C，焙烧时间为4h，由类水滑石材料经拓扑转变效应制备镍铁复合金属氧化物。由XRD分析可得，所得复合金属氧化物材料的组成为NiO与NiFe2O4，摩尔比为3:1，其中(111)、(200)、(220)为NiO的特征衍射峰，(311)、(222)、(400)、(440)为NiFe2O4的特征衍射峰。将镍铁复合金属氧化物制成气敏元件，操作温度范围为190°C，环境湿度为50%，用于检测浓度为IOOppm的乙醇，电阻灵敏度为46。实施例2分别取45mmol Ni (NO3)2 *6H20,15mmol Fe (NO3) 3 9H20 和 0. Ilmol 尿素溶于 300mL去离子水配制成均一透明的溶液，并转移至反应釜中。0. OlOmmol柠檬酸钠，在搅拌条件下加入上述溶液中。采用机械搅拌的方式在高压釜中150° C反应48h ;离心，用去离子水，无水乙醇洗涤，室温真空干燥。反应釜内的压力为1.20MPa。由XRD 分析可得，(003)、(006)、(101)、(012)、(104)、(015)、(107)、(018)、(0012)、(0010)、(Oin)、(0015)、(110)、(113)、(1013)、(116)、(OOH)和(202)的高度对称性的特征衍射峰出现，说明制备了高结晶度、结构规整、单一晶相的含铁水滑石。由扫描电镜(SEM)可得，得到表面均匀平整的片状含铁水滑石。从室温开始，升温速率为1°C /min,焙烧温度为600°C，焙烧时间为4h，由类水滑石材料经拓扑转变效应制备镍铁复合金属氧化物。所得复合金属氧化物材料的组成为NiO与NiFe2O4，摩尔比为5:1，由XRD分析可得，其中(111)、(200)、(220)为NiO的特征衍射峰，(311)、(222)、(400)、(440)为NiFe2O4的特征衍射峰。将镍铁复合金属氧化物制成气敏元件，操作温度范围为230°C，环境湿度为50%，用于检测浓度为IOOppm的苯乙烯，电阻灵敏度·为49。实施例3分别取45mmol Ni (NO3)2 *6H20, 15mmol Fe (NO3) 3 9H20 和 0. Ilmol 尿素溶于 300mL去离子水配制成均一透明的溶液，并转移至反应釜中。0. OlOmmol柠檬酸钠，在搅拌条件下加入上述溶液中。采用机械搅拌的方式在高压釜中1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合金属氧化物气敏材料，其特征在于，由两种或两种以上纳米半导体金属氧化物组成，且分布均匀，其组成为二价金属氧化物、二价与三价或/和四价金属形成的金属氧化物，其中二价金属为Co、Zn、Ni、Mg中的一种或几种，三价金属为Fe、Al中的一种或两种，四价金属为Ti、Ce、Sn中的一种或几种，其中二价与三价或/和四价金属的摩尔比为（2～5）：1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何静，徐紫凤，安哲，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：