一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法
【專利摘要】發明名稱：一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法本發明以有序介孔二氧化硅材料（SBA-15）為模板，利用浸漬法合成氧化鎳納米材料，經除模板及離心分離技術，得到高度分散的、粒徑均勻的介孔氧化鎳納米材料，可用于對丙酮等可燃性氣體的檢測。該氧化鎳納米材料具有高分散性、粒徑均勻性以及高比表面積等特點，對丙酮氣體具有較高的靈敏度、較短的響應恢復時間。介孔氧化鎳氣體敏感納米材料所表現出的良好氣敏性能可使其在對丙酮氣體的監測、報警方面得到廣泛的應用。
【專利說明】
一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種有序介孔氧化鎳(MO)氣體敏感納米材料的制備方法，可應用于對丙酮等可燃性氣體的監測和報警。
【背景技術】
[0002]目前，半導體金屬氧化物氣敏傳感器在氣體監測、保險警報等許多領域廣泛應用。其中，N1是一種直接帶隙寬禁帶P型半導體納米材料，室溫下的禁帶寬度為3.6eV-4.0eV之間，氣敏傳導機制為表面控制型。由于N1特有的電子結構以及天然呈現P型導電等特點，使得它具有許多獨特的性質，尤其是在透明導電、氣敏、紫外探測、電致變色等領域顯示出其廣闊的應用前景。
[0003]納米材料的氣敏性能取決于其形狀、平均尺寸和微觀結構。到目前為止，大量研究集中在制備具有高氣敏性能的納米結構，其中包括一維納米線、納米棒、納米管，二維納米片和三維納米花。2013年，Liyang Lin 等[L.Y.Lin, T.M.Liu, B.Miao , ff.Zeng,Synthesis of N1 nanostructures from ID to 3D and researches of their gas-sensing properties, Mater.Res.Bull.48 (2013) 449-454.]通過水熱法制備氧化鎮納米線、納米棒、納米片和納米球，比較了四種納米結構對乙醇氣體的氣敏性能，發現，納米線結構相對于其它三種納米結構對乙醇氣體具有更好的靈敏度。然而，通常使用的溶膠-凝膠法，水熱法所制備的納米氣敏材料尺寸、形貌不均一，使得比表面積大大降低，從而影響材料對氣體的靈敏度以及響應恢復時間。因而，如何提高對納米氣敏材料形貌的可控性，制備出具有高比表面積的氣敏材料是目前氣敏材料研究的重要方向。
【發明內容】
[0004]本發明根據有序介孔材料的結構特點制備有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料，可將氧化鎳納米材料應用于監測丙酮等可燃性氣體，對丙酮氣體具有較高的靈敏度、較短的響應恢復時間。
[0005]有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料在結構上復制有序介孔材料的孔道與孔壁，保證了氧化鎳納米材料尺寸、結構上的均一性和有序性，同時由于介孔結構的存在，大大提高了其比表面積。
[0006]模板復制法可以很好地控制氧化鎳納米材料的微觀結構，保證其具有穩定、更加良好的氣敏性能。
[0007]—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體步驟如下:一、按照摩爾比為1:1?4:1的比例，將介孔二氧化硅模板材料SBA-15和Ni(N03)2.6 H2O加入到正己烷溶劑中，充分攪拌至混合均勻，在常溫下攪拌至粉末;二、將所得粉末放入馬弗爐中230?290 °C煅燒6?10 h，在孔道內得到氧化物前驅體;三、待樣品冷卻，用去離子水洗去模板外表面的Ni(NO3)2.6 H2O; 0,將干燥后的樣品置入馬弗爐中500?750°C煅燒4-8 h;五、在60?80°C下用2?4 mol/L NaOH除掉二氧化硅模板;六、經去離子水清洗至中性后，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0008]本發明的優點在于合成N1氣體敏感納米材料在結構上完全復制了SBA-15的孔道和孔壁，通過除模板與離心分離技術，進一步得到更為分散的具有均一、有序的納米結構。
【附圖說明】
[0009]圖1是【具體實施方式】I中制備的有序介孔N1氣體敏感納米材料的XRD圖；圖2是【具體實施方式】I中制備的有序介孔MO氣體敏感納米材料的犯物理吸附-脫附等溫線；圖3是【具體實施方式】I中制備的有序介孔N1氣體敏感納米材料的S-t圖。
【具體實施方式】
[0010]【具體實施方式】1:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒6 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板外表面的Ni(NO3)2-6 H2O,干燥后再將其放入馬弗爐中550°C煅燒6 h。冷卻后，在70°C下用2mol/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0011]【具體實施方式】2:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 4:1將I g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290 0C煅燒6 h ο待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板外表面的Ni (NO3)2.6 H2O，干燥后再將其放入馬弗爐中650°C煅燒6 h。冷卻后，在70°C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0012]【具體實施方式】3:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 3:1將3 g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒8h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的N1，干燥后再將其放入馬弗爐中750 0C煅燒8h。冷卻后，在80 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0013]【具體實施方式】4:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 1:1將4 g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的N1，干燥后再將其放入馬弗爐中750 °C煅燒8h。冷卻后，在80 0C下用4mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0014]【具體實施方式】5:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中260°C煅燒8 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中650 0C煅燒8h。冷卻后，在80 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0015]【具體實施方式】6:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中230°C煅燒6 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中500 0C煅燒6h。冷卻后，在70 °C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0016]【具體實施方式】7:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 3:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中260°C煅燒8 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中550 0C煅燒8h。冷卻后，在60 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0017]【具體實施方式】8:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O=1:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中550 0C煅燒8h。冷卻后，在70 °C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0018]【具體實施方式】9:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中750 °C煅燒4h。冷卻后，在60°C下用4mol/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0019]圖1是【具體實施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料的XRD圖，從圖中可以看出N1的標準衍射峰，用標記。
[0020]圖2是【具體實施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料的犯物理吸附-脫附等溫線。從圖中可知有序介孔N1氣體敏感納米材料的比表面積可達92.6m2/g，比一般納米顆粒材料大。[0021 ]圖3是【具體實施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料在340 °C工作溫度下對10ppm丙酮的S-t圖，從圖中可以看出有序介孔N1氣體敏感納米材料在340 °C工作溫度下對10ppm丙酮的靈敏度為4.3，響應時間為38.9s，恢復時間為33.1s。
【主權項】
1.一種有序介孔氧化鎳(N1)氣體敏感納米材料的制備方法，其特征在于其制備方法采用浸漬法結合硬模板技術，經除模板與離心分離技術制得;具體步驟如下:一、按照摩爾比為1:1?4:1的比例，將介孔二氧化硅模板材料SBA-15和Ni(NO3)2.6 H2O加入到正己烷溶劑中，充分攪拌至混合均勻，在常溫下攪拌至粉末;二、將所得粉末放入馬弗爐中230?290 °C煅燒6?10 h，在孔道內得到氧化物前驅體;三、待樣品冷卻，用去離子水洗去模板外表面的Ni(NO3)2.6 H2O;四、將干燥后的樣品置入馬弗爐中500?750°C煅燒4-8 h;五、在60?80°C下用2?4 mol/L NaOH除掉二氧化硅模板;六、經去離子水清洗至中性后，采用離心分離技術去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。2.根據權利要求1中所述的一種有序介孔氧化鎳(N1)氣體敏感納米材料的制備方法，其特征在于N1氣體敏感納米材料具有介孔結構，展現出較大的比表面積，對于丙酮氣體具有高靈敏度和快速的響應恢復時間。
【文檔編號】C01G53/04GK106006764SQ201610313779
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】王新慶, 李曉青, 李丹萍, 徐靖才, 金頂峰, 彭曉領, 洪波, 金紅曉, 葛洪良
【申請人】徐靖才