一種雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土元素?fù)诫s二氧化鈦納米傳感材料的制備方法，屬于無機(jī)納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦由于具有光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化效率高、氧化能力強(qiáng)、無毒無害、價格低廉、在實際應(yīng)用中工藝流程簡單、操作條件容易控制、無二次污染等優(yōu)點，其作為光催化劑受到了人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注。歐美等發(fā)達(dá)國家都已投入資金和研究力量開展二氧化鈦光催化技術(shù)的研究和開發(fā)，以此為基礎(chǔ)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)也正在形成。
[0003]二氧化鈦作為一種半導(dǎo)體功能材料，但是，它的工作溫度較高，氣體靈敏度較低，但穩(wěn)定性較好摻雜是改善氣敏性能的主要方法，可以顯著提高氣敏性，并有較好的響應(yīng)及恢復(fù)性能。摻雜修飾包括有貴金屬摻雜，通過添加金屬氧化物或金屬鹽實現(xiàn)，稀土元素?fù)诫s。貴金屬摻雜物大多為Au，Ag，Pd，Pt等具有催化性的金屬，但往往會有一定的毒性且價格昂貴；稀土元素由于其特殊的原子殼層結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的磁學(xué)和光學(xué)特性，因此通過稀土元素?fù)诫s的Ti02半導(dǎo)體調(diào)控其物理特性可改善Ti02納米材料的電學(xué)性質(zhì)，有望提高氣敏傳感器的靈敏度，用于太陽電池光陽極也可以降低電子一空穴復(fù)合幾率而提高其光電轉(zhuǎn)換特性。然而在納米晶中實現(xiàn)有效摻雜如何克服半導(dǎo)體的自身純化效應(yīng)及摻雜帶來表面懸鍵和缺陷態(tài)對性能的破壞作用一直是個挑戰(zhàn)。因此非常有必要研究稀土摻雜二氧化鈦材料的制備工藝，為市場提供一種優(yōu)質(zhì)的氣敏傳感材料。
[0004]稀土是我國的重要戰(zhàn)略資源之一，其儲量、產(chǎn)量及出口量均列世界第一。稀土元素具有復(fù)雜的能級結(jié)構(gòu)和光譜特性，對納米二氧化鈦進(jìn)行摻雜改性，可有效提高其光催化效率，是最具希望解決可見光利用率的技術(shù)之一?？墒?，以往的有些制備方法中稀土元素?fù)诫s利用率不高，能夠成功取代二氧化鈦中的晶格位點的稀土原子比例較低，因此光催化活性提高不明顯。并且，采用兩種稀土元素共同摻雜二氧化鈦的制備方法，目前報道較少；采用三種以上稀土元素共同摻雜二氧化鈦的制備方法尚無報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料的制備方法。
[0006]—種雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料的制備，其特征在于，包括如下步驟:
(1)在無水乙醇中加入尿素、稀土元素硝酸鹽，攪拌溶解后加入液相鈦源，攪拌形成均相溶液；然后在上述體系中邊攪拌邊滴加去離子水，直到形成透明凝膠；
(2)將步驟(1)制得的凝膠放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在120-200攝氏度下水熱反應(yīng)12-48小時；反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的pH呈中性，然后進(jìn)行干燥處理，得到目標(biāo)物雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料。
[0007]步驟(1)中所述加入的尿素質(zhì)量與反應(yīng)溶液總體積比為0.1-3克/100毫升。
[0008]步驟(1)中所述的稀土元素硝酸鹽可以是水合或非水合的硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸釹、硝酸釔、硝酸釓、硝酸銪、硝酸鋱、硝酸釤、硝酸銩、硝酸鉺、硝酸鐿。
[0009]步驟(1)中所述加入的稀土元素硝酸鹽質(zhì)量與加入液相鈦源體積比為0.001-0.5
克/10 _升。
[0010]步驟(1)中所述的液相鈦源可以是鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四乙酯，也可以是上述兩種或多種液相鈦源的混合物。
[0011]步驟(1)中所述的液相鈦源加入體積與反應(yīng)溶液總體積比為5-30毫升/100毫升。
[0012]步驟(1)中所述加入的去離子水體積與反應(yīng)溶液總體積比為2 -20毫升/100毫升。
[0013]在本發(fā)明中，液相鈦源緩慢水解形成水合氧化鈦凝膠，稀土金屬離子均勻地分散在水合氧化鈦凝膠中；通過尿素在水熱過程中的緩慢分解，體系的酸堿性逐漸向弱堿性方向移動，實現(xiàn)了稀土金屬元素在氧化鈦晶格中的原位摻雜。該制備方法工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強(qiáng)，成本低。通過上述制備方法得到的稀土元素?fù)诫s二氧化鈦納米材料，為尚分散性的納米晶粒，粒徑尺寸在10納米以內(nèi)，尺寸均一，具有$父尚的靈敏度，室溫下對氨氣氣體檢測限在lOpprn以下。
【附圖說明】
[0014]圖1:由實施例2制得的雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料的X射線粉末衍射圖譜。
[0015]圖2:由實施例2制得的雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料的高分辨透射電鏡照片。
[0016]圖3:由實施例2制得的雙稀土共摻雜二氧化鈦氣敏傳感材料在室溫下10 ppm氨氣中的響應(yīng)曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]實施例1:
在80毫升無水乙醇中依次加入1克尿素、0.1克六水合硝酸鑭、0.3克六水合硝酸鈰。攪拌溶解后加入12毫升鈦酸異丙酯，攪拌均勻。然后在上述體系中邊攪拌邊滴加7毫升去離子水，直到形成透明凝膠。將上述凝膠放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在170攝氏度下水熱反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的pH呈中性，然后進(jìn)行干燥處理，得到目標(biāo)物稀土元素?fù)诫s二氧化鈦納米材料。
[0019]將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試不同濃度下對NH3氣體的響應(yīng)。在室溫下10 ppm氨氣氣氛中有明顯的響應(yīng)，10 ppm氨氣氣體靈敏度為1.2。
[0020]實施例2:
在50毫升無水乙醇中依次加入0.5克尿素、0.3克六水合硝酸鑭、0.02克六水合硝酸鈰。攪拌溶解后加入8毫升鈦酸正四丁酯，攪拌均勻。然后在上述體系中邊攪拌邊滴加4毫升去離子水，直到形成透明凝膠。將上述凝膠放入聚四氟乙烯襯里的不