CN112557592B - 用于甲醛检测的气敏材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于甲醛检测的气敏材料的制备方法及其产品和应用，将乙酸锡和ZIF‑8均匀分散于三嵌段聚合物的溶液中，然后与硝酸铈铵溶液混合，并于搅拌状态下水热反应得到前驱体，最后用硝酸水热法去除产物中的Zn元素，得到多孔结构的CeO2掺杂SnO2纳米材料。该制备工艺简单，制备的CeO2掺杂SnO2纳米材料具有多孔结构的异质结结构，用于气体检测具有非常大的比表面积及缺陷态，异质结结构可增加耗尽层，所有因素协同作用使得对甲醛气体具有优异的吸附及催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种气敏材料的制备方法及其产品和应用，具体是指一种CeO2掺杂SnO2纳米材料的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着室内装修及汽车装饰甲醛污染日益严重，对甲醛的检测是确保人员安全的重要研究方向。金属氧化物由于具有优异的气体响应特性，在气体检测领域具有广阔的应用前景。然而其灵敏度及选择性差限制了其在实际领域的应用。
SnO2由于具有优异的特性，在气体检测领域受到很大关注，然而单纯的SnO2在选择性和灵敏度方面不能完全满足需求，通过构建多孔结构及异质结结构有望进一步提升材料的性能。
通过CeO2掺杂SnO2纳米材料可以增加比表面积，构建更多的缺陷态，可以增加有效活性位点，提升灵敏度，同时掺杂后的复合材料可以构建异质结，增加耗尽层厚度，增加反应活性，进而提升对目标气体的灵敏度，实现对目标气体的高灵敏检测。
本发明提供一种简单的构建CeO2掺杂SnO2多孔材料的制备方法，且制备工艺简单，制备的成本低，对推进金属氧化物在甲醛检测的实际应用领域极具价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于甲醛检测的气敏材料的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于甲醛检测的气敏材料产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种用于甲醛检测的气敏材料的制备方法，所述气敏材料为CeO2掺杂SnO2纳米材料，其特征在于将乙酸锡和ZIF-8均匀分散于三嵌段聚合物的溶液中，然后与硝酸铈铵溶液混合，并于搅拌状态下水热反应得到前驱体，最后用硝酸水热法去除产物中的Zn元素，得到多孔结构的CeO2掺杂SnO2纳米材料，包括如下步骤：
步骤一：称取20mL去离子水，配浓度为0.2~0.4M的乙酸锡溶液；
步骤二：称取20mL去离子水，配浓度为0.05~0.1M的硝酸铈铵溶液；
步骤三：称取0.6~0.8g的三嵌段共聚物，溶于20ml去离子水中；按乙酸锡和2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）质量比50~60：1称取ZIF-8粉末，加入三嵌段聚合物的水溶液中，搅拌3~5小时；
步骤四：在搅拌状态下将硝酸铈铵溶液注入步骤三所得溶液，搅拌30~50min后，注入乙酸锡溶液，继续剧烈搅拌30~50min，于搅拌状态下水热反应，反应温度160~180 ℃反应10~12h，待降至室温，取沉淀物，干燥后备用；
步骤五：将步骤四所得样品置于50mL浓度2~3M的硝酸水溶液中，转移至聚四氟乙烯反应釜中160~180 ℃反应3~5h，得到CeO2掺杂SnO2纳米材料粉末。
步骤三所说的三嵌段聚合物为P123或F127。
本发明提供一种用于甲醛检测的气敏材料，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种气敏材料用于甲醛检测的应用。
本发明的目的是提供一种简单可行的CeO2修饰SnO2纳米材料制备方法，该方法制备的材料可用于气体检测、气体催化治理等领域。该制备工艺简单，制备的CeO2掺杂SnO2纳米材料具有多孔结构的异质结结构，用于气体检测具有非常大的比表面积及缺陷态，异质结结构可增加耗尽层，所有因素协同作用使得对甲醛气体具有优异的吸附及催化性能。
附图说明
图1为以本发明的CeO2修饰SnO2纳米材料用于甲醛气体检测的数据图。
具体实施方式
实施例1：
一种用于甲醛检测的气敏材料，所述气敏材料为CeO2掺杂SnO2纳米材料，其特征在于，先将乙酸锡和2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）均匀分散于三嵌段聚合物的溶液中后，与硝酸铈铵溶液混合，并于搅拌状态下水热反应得到前驱体，然后，用硝酸水热法去除产物中的Zn元素，得到多孔结构的CeO2掺杂SnO2纳米材料，按如下步骤制备：
步骤一：称取20mL去离子水，配浓度为0.2M的乙酸锡溶液；
步骤二：称取20mL去离子水，配浓度为0.05M的硝酸铈铵溶液；
步骤三：称取0.6g的三嵌段共聚物P123，溶于20ml去离子水中；按乙酸锡和ZIF-8质量比50：1称取ZIF-8粉末，加入三嵌段聚合物的水溶液中，搅拌5小时得溶液A；
步骤四：在搅拌状态下将硝酸铈铵溶液注入步骤三所得溶液A，搅拌30min后，注入乙酸锡溶液，继续剧烈搅拌30min，于搅拌状态下水热反应，160℃水热反应12h，待降至室温，取沉淀物，干燥后备用；
步骤五：将步骤四所得样品置于50mL浓度3M的硝酸水溶液中，转移至聚四氟乙烯反应釜中160 ℃反应4h，得到CeO2掺杂SnO2纳米材料粉末。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，测试对甲醛气体的灵敏度，最佳响应温度为150 ℃，对浓度10ppm的甲醛气体响应灵敏度为23.8，如图1所示。图1为本发明的CeO2修饰SnO2纳米材料在温度为150℃时对不同浓度甲醛响应的浓度-灵敏度曲线，由图可以看出，本发明材料对不同浓度的甲醛具有极好的响应特性。
实施例2：
一种用于甲醛检测的气敏材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：
步骤一：称取20mL去离子水，配浓度为0.3M的乙酸锡溶液；
步骤二：称取20mL去离子水，配弄浓度为0.08M的硝酸铈铵溶液；
步骤三：称取0.6g的F127，溶于20ml去离子水中；按乙酸锡和2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）质量比55：1称取ZIF-8粉末，加入三嵌段聚合物的水溶液中，搅拌5小时；
步骤四：在搅拌状态下将硝酸铈铵溶液注入步骤三所得溶液，搅拌30min后，然后注入乙酸锡溶液，继续剧烈搅拌30min，于搅拌状态下水热反应，反应温度170 ℃反应12h，待降至室温，取沉淀物，干燥后备用；
步骤五：将步骤四所得样品置于50mL浓度3M的硝酸水溶液中，转移至聚四氟乙烯反应釜中160 ℃反应4h，得到CeO2掺杂SnO2纳米材料粉末。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，测试对甲醛气体的灵敏度，最佳响应温度为150 ℃，对浓度10ppm的甲醛气体响应灵敏度为25.9，如图1所示。
实施例3：
一种用于甲醛检测的气敏材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：
步骤一：称取20mL去离子水，配浓度为0.4M的乙酸锡溶液；
步骤二：称取20mL去离子水，配弄浓度为0.15M的硝酸铈铵溶液；
步骤三：称取0.6g的P123，溶于20ml去离子水中；按乙酸锡和2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）质量比60：1称取ZIF-8粉末，加入三嵌段聚合物的水溶液中，搅拌5小时；
步骤四：在搅拌状态下将硝酸铈铵溶液注入步骤三所得溶液，搅拌30min后，然后注入乙酸锡溶液，继续剧烈搅拌30min，于搅拌状态下水热反应，反应温度180 ℃反应12h，待降至室温，取沉淀物，干燥后备用；
步骤五：将步骤四所得样品置于50mL浓度2M的硝酸水溶液中，转移至聚四氟乙烯反应釜中180℃反应4h，得到CeO2掺杂SnO2纳米材料粉末。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，测试对甲醛气体的灵敏度，最佳响应温度为150℃，对浓度10ppm的甲醛气体响应灵敏度为25.1，如图1所示。
上述的实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于甲醛检测的气敏材料的制备方法，所述气敏材料为CeO2掺杂SnO2纳米材料，其特征在于，先将乙酸锡和2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）均匀分散于三嵌段聚合物的溶液中后，与硝酸铈铵溶液混合，注入乙酸锡溶液，并于搅拌状态下水热反应得到前驱体，然后，用硝酸水热法去除产物中的Zn元素，得到多孔结构的CeO2掺杂SnO2纳米材料，包括如下步骤：
步骤一：称取20mL去离子水，配浓度为0.2~0.4M的乙酸锡溶液；
步骤二：称取20mL去离子水，配浓度为0.05~0.1M的硝酸铈铵溶液；
步骤三：称取0.6~0.8g的三嵌段共聚物，溶于20ml去离子水中；按乙酸锡和ZIF-8质量比50~60：1称取ZIF-8粉末，加入三嵌段聚合物的水溶液中，搅拌3~5小时得溶液A；
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步骤五：将步骤四所得样品置于50mL浓度2~3M的硝酸水溶液中，转移至聚四氟乙烯反应釜中160~180 ℃反应3~5h，得到CeO2掺杂SnO2纳米材料粉末。
2.根据权利要求1所述用于甲醛检测的气敏材料的制备方法，其特征在于：所述的三嵌段聚合物为P123或F127。
3.一种用于甲醛检测的气敏材料，其特征在于根据权利要求1-2任一所述方法制备得到。
4.一种根据权利要求3所述气敏材料用于甲醛检测的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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