用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料的制备方法及其产品和应用

摘要

本发明公开了一种用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料的制备方法及其产品和应用，利用溶胶‑凝胶法制备钇掺杂的SnO

说明书

技术领域

本发明涉及气敏传感器技术领域，具体是指一种钇掺杂的SnO₂纳米材料的制备方法，特别是涉及一种用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

金属氧化物如ZnO、SnO₂、WO₃等由于具有性能优异、环境友善、资源丰富、价格低廉等优点，是研究较为广泛的气敏材料。通过金属氧化物表面修饰、金属/贵金属掺杂等工艺可提升材料的气敏性能，在气敏传感器领域有非常广泛的应用。

决定半导体气敏材料灵敏度的关键因素包括：比表面积，通过化学法构建纳米材料，使材料具有较大的比表面积可以增加材料与目标气体的接触，进而提升材料的灵敏度；空位/缺陷调控，通过增加材料内部缺陷，可以提升目标气体与敏感材料的反应活性，可以提升材料的灵敏度。

本发明利用在SnO₂内部引入离子半径较大的钇，可增加SnO2晶体内部缺陷，可大幅提高SnO₂纳米材料的气敏性能，且制备工艺简单，对进一步推进半导体气敏器件的发展及理论研究具有较大的价值。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于：提供一种用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料的制备方法。

本发明再一目的在于：提供一种上述方法制备的产品。

本发明又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

一种用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料的制备方法，利用溶胶-凝胶法制备钇掺杂的SnO₂纳米材料，它包括如下步骤：

步骤一：取无水四氯化锡和冰乙酸混合，搅拌状态下，加入20~60微升的硝酸，得到混合溶液A；

步骤二：将步骤一所得混合溶液加入去离子水中；然后置于聚四氟乙烯反应釜中，180~240 ℃反应20~24h，待温度降至室温，得到SnO₂胶体；

步骤三：称取0.01~0.025mmol的钇盐与45~55mL的乙醇混合，超声30 min得到混合物，然后将10mL步骤二所得SnO₂胶体加入混合物中，搅拌30min后，加入0.08~0.2g的聚乙二醇，于60~80>

步骤四：将步骤三所得胶体均匀涂于陶瓷管上，然后在450~550 ℃空气环境中高温焙烧2~3小时，得到钇掺杂SnO₂纳米材料用于气敏测试。

本发明方法简单可行，该方法用水热法制备SnO₂胶体，然后在胶体内部引入钇元素，利用聚乙二醇作为体系结构调控剂，实现钇掺杂SnO₂纳米材料的制备并调控内部缺陷，测试结果表明该方法可以实现浓度为ppb级NO₂的检测。

步骤一和步骤二所说的无水四氯化锡：冰乙酸：去离子水体积比为1:0.8~1.2:5~7。

步骤三所说的钇盐为YCl₃·6H₂O，Y(NO₃)₃·6H₂O中的一种或二者任意比例混合。

本发明提供一种用于低浓度二氧化氮检测的二氧化锡纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到。

本发明提供一种二氧化锡纳米材料用于低浓度二氧化氮检测的应用。

本发明利用在SnO₂内部引入离子半径较大的钇，可增加SnO2晶体内部缺陷，可大幅提高SnO₂纳米材料的气敏性能，且制备工艺简单，对进一步推进半导体气敏器件的发展及理论研究具有较大的价值。

本发明方法利用溶胶-凝胶法制备钇掺杂的SnO₂纳米材料，由于Y³⁺离子半径（0.089>4+离子半径（0.069nm），因此钇的掺杂可在SnO₂纳米材料内部引入更多的缺陷，可增加材料体系中的内部缺陷，引入更多的活性位，可极大提升SnO₂气敏材料的灵敏度。该方法制备的SnO₂经450~550℃热处理后为纳米颗粒架构的薄膜材料，因此该方法制备的气敏材料具有较大的比表面积。

附图说明

图1为本发明的钇掺杂SnO₂纳米材料的SEM图；

图2为本发明的钇掺杂SnO₂纳米材料的高倍SEM图；

图3为本发明的钇掺杂SnO2纳米材料的XRD图。

具体实施方式

实施例1

取10mL无水四氯化锡和10mL冰乙酸混合，搅拌状态下，加入30微升的硝酸，搅拌30min后，将无水四氯化锡和冰乙酸混合溶液加入50mL去离子水中；然后置于聚四氟乙烯反应釜中，240 ℃反应24h，待温度降至室温，得到SnO₂胶体；

称取0.02mmol的YCl₃·6H₂O或Y(NO₃)₃·6H₂O与50mL的乙醇混合，超声30>2胶体加入混合物中，搅拌30min后，加入0.2g的聚乙二醇，于80>2纳米材料用于气敏测试。

图1和图2分别是本实施例制得的钇掺杂SnO2的SEM和高倍SEM图，由图可以看出，本发明制备的纳米材料在陶瓷管表面形成均匀致密的薄膜，高分辨SEM可观察到薄膜由纳米颗粒堆积而成；图3是本实施例制得的样品的XRD图，由图可以看出，样品的XRD衍射峰与SnO₂>2颗粒内部。

本实施例所得样品采用WS-30A 型气敏元件测试系统测试不同浓度下对NO₂气体的响应，工作温度为50>

实施例2

取10mL无水四氯化锡和8mL冰乙酸混合，搅拌状态下，加入40微升的硝酸，搅拌30min后，将无水四氯化锡和冰乙酸混合溶液加入60mL去离子水中；然后置于聚四氟乙烯反应釜中，200 ℃反应24h，待温度降至室温，得到SnO₂胶体；

称取0.01mmol的YCl₃·6H₂O与50mL的乙醇混合，超声30>2胶体加入混合物中，搅拌30min后，加入0.15g的聚乙二醇，于80>2纳米材料用于气敏测试。

本实施例所得样品采用WS-30A 型气敏元件测试系统测试不同浓度下对NO₂气体的响应，工作温度为50>

实施例3

取10mL无水四氯化锡和12mL冰乙酸混合，搅拌状态下，加入60微升的硝酸，搅拌30min后，将无水四氯化锡和冰乙酸混合溶液加入70mL去离子水中；然后置于聚四氟乙烯反应釜中，220 ℃反应20h，待温度降至室温，得到SnO₂胶体；

称取0.01mmol的YCl₃·6H₂O与50mL的乙醇混合，超声30>2胶体加入混合物中，搅拌30min后，加入0.15g的聚乙二醇，于80>2纳米材料用于气敏测试。

本实施例所得样品采用WS-30A 型气敏元件测试系统测试不同浓度下对NO₂气体的响应，工作温度为50>

实施例4

取10mL无水四氯化锡和8mL冰乙酸混合，搅拌状态下，加入60微升的硝酸，搅拌30min后，将无水四氯化锡和冰乙酸混合溶液加入50mL去离子水中；然后置于聚四氟乙烯反应釜中，180 ℃反应24h，待温度降至室温，得到SnO₂胶体；

称取0.025mmol的YCl₃·6H₂O与55mL的乙醇混合，超声30>2胶体加入混合物中，搅拌30min后，加入0.2g的聚乙二醇，于80>2纳米材料用于气敏测试。

本实施例所得样品采用WS-30A 型气敏元件测试系统测试不同浓度下对NO₂气体的响应，工作温度为50>