一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法及用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法及用途。該氣敏材料屬于由納米片組裝而成的鎢酸鉍多級介孔結(jié)構(gòu)體系。在WS-30A靜態(tài)氣敏測試系統(tǒng)中，這種氣敏材料能夠高效的選擇性檢測空氣氣氛中的乙醇?xì)怏w，實現(xiàn)乙醇的快速檢測。本發(fā)明提供的鎢酸鉍氣敏材料制備方法簡單，檢測效率高，選擇性強(qiáng)。
【專利說明】一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法及用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無機(jī)合成【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備 方法及用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 在人類的生產(chǎn)和生活中，乙醇泄露的檢測、監(jiān)控以及居民酒后駕車的檢測對于人 類自身的生命和財產(chǎn)安全來說都是十分重要且必不可少的。目前市場上用于氣體中乙醇 含量檢測的設(shè)備有五種基本類型，分別是：燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣 體色譜分析型和比色型，受價格和使用是否方便等因素限制，普遍使用的只有燃料電池型 (電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型二種。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有易于實現(xiàn)集成化、微型化、靈敏度高、 功耗低及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是氣敏傳感器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測 氣體與半導(dǎo)體表面接觸被吸附后引起半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來檢測氣體的。目前 常用做半導(dǎo)體氣敏傳感器的半導(dǎo)體材料有Sn0 2、W03、ZnO、NiO、MgO、BaTi03等。研究表明， 半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸及比表面積對其吸附性能有顯著影響，而半導(dǎo)體對氣體的吸 附性能是影響其氣敏性能的重要因素。因此，在半導(dǎo)體氣敏傳感器的研究中開發(fā)具有特殊 結(jié)構(gòu)和形貌、比表面積大、吸附性能強(qiáng)以及高響應(yīng)和高選擇性的新型半導(dǎo)體材料是關(guān)鍵。
[0003] Bi2W06是結(jié)構(gòu)最為簡單的Aurivillius型氧化物，由（Bi20 2)n2n+層和鈣鈦礦型 (W04)n2n_片層交替出現(xiàn)，形成正交結(jié)構(gòu)。從上世紀(jì)90年來以來，人們對Bi 2W06的制備技術(shù)進(jìn) 行了系統(tǒng)研究。傳統(tǒng)的制備方法是固相法，但這種方法制備的產(chǎn)品通常具有粒徑大、顆粒分 布不均勻、團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重等缺點(diǎn)，而且制備過程需要高溫設(shè)備、能耗較大。為了克服固相合 成法的缺點(diǎn)，人們探索使用一些軟化學(xué)法合成Bi 2W06，如溶膠-凝膠法、檸檬酸法、超聲法、 微波法、水熱法等，其中，水熱法因其條件溫和，易于控制、操作方便且在晶粒尺寸和形貌控 制上有其自身的優(yōu)勢而備受青睞。近年來，雖然人們已經(jīng)采用水熱法成功合成了 Bi2W06,但 在制備過程中往往采用形貌控制劑進(jìn)行輔助合成，這些添加劑會吸附在Bi 2W06的表面且不 易通過簡單的洗滌法除去，高溫焙燒又易于造成Bi2W0 6材料結(jié)構(gòu)的塌陷，影響其形貌和比 表面積，進(jìn)而影響其吸附、催化及氣敏等性能。
[0004] 鎢酸鉍尚未作為半導(dǎo)體氣敏材料用于乙醇的檢測，面臨的主要任務(wù)是其效率及選 擇性的表征。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法及用途。本發(fā)明在不使 用任何模板劑和形貌控制劑的條件下通過水熱合成技術(shù)制備微米級三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu) 鎢酸鉍，無團(tuán)聚現(xiàn)象，具有高比表面積和強(qiáng)吸附性能。通過現(xiàn)代表征手段（見圖1-6)，對材 料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了全面的表征，并應(yīng)用于乙醇的快速檢測。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法的具體步驟如下：
[0008] 將Bi (Ν03) 3 ·5Η20溶于ΗΝ03溶液，在30-50°C下攪拌至固體Bi (Ν03) 3 ·5Η20溶解，然 后加入（NH4) 1QW12041 ·5Η20,用NaOH溶液將體系的pH調(diào)節(jié)為0· 5-2,繼續(xù)攪拌2h，停止攪拌后 將此混合溶液轉(zhuǎn)入壓力溶彈，將壓力溶彈密封后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在140-190°C 下反應(yīng)10min-12h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌干燥，60-KKTC真空干燥 l_3h 得到 Bi2W06。
[0009] ΗΝ03溶液的濃度為0. 4mol/L，Bi (Ν03) 3 · 5H20與ΗΝ03溶液的重量體積比為 0.98 : 30g/ml。
[0010] 優(yōu)選在40°c下攪拌至固體Bi (Ν03)3 · 5H20溶解。
[0011] (NH4) 1QW12041 · 5H20 的加入量與 Bi (N03) 3 · 5H20 的重量比為 25 : 98。
[0012] 優(yōu)選用NaOH溶液將體系的pH調(diào)節(jié)為1。
[0013] 優(yōu)選將壓力溶彈密封后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在190°C下反應(yīng)2h。
[0014] 優(yōu)選在80°C真空干燥2h得到Bi2W06。
[0015] 本發(fā)明制備的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍可以用于乙醇檢測。
[0016] 實驗條件如下：
[0017] Bi2W06制備氣敏傳感器：將Bi2W06樣品與乙醇混合在研缽中磨成糊狀。將糊狀物 均勻涂在陶瓷管的外部（陶瓷管外徑約1. 4 μ m，內(nèi)徑約0. 8 μ m，長度約4mm)，將涂好的器件 于室溫靜置待乙醇揮發(fā)完全（涂層厚約0. 25mm)。將陶瓷管的Au電極上連接一對Pt絲焊 接在底座上，同時在陶瓷管的中心插入一條彈簧狀的Ni-Cr合金絲并焊接在底座上。將焊 接好的器件插在電路板上于400°C加熱老化24h待用。
[0018] 測試時，將制備好的傳感器焊接在測試卡上，然后插在測試系統(tǒng)的插槽中。用微量 注射器將一定體積的液體從測試體系箱體后面的孔注入到蒸發(fā)盤上，液體蒸發(fā)后在電扇的 吹動下迅速分散均勻。實驗過程中氣體的濃度與所需液體的體積之間的換算關(guān)系如下：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：所述方法的具體步驟如 下： 將Bi (Ν03) 3 · 5H20溶于ΗΝ03溶液，在30-50°C下攪拌至固體Bi (Ν03) 3 · 5H20溶解，然后 加入（NH4) 1QW12041 · 5H20,用NaOH溶液將體系的pH調(diào)節(jié)為0· 5-2,繼續(xù)攪拌2h，停止攪拌后 將此混合溶液轉(zhuǎn)入壓力溶彈，將壓力溶彈密封后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在140-190°C 下反應(yīng)10min-12h，反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌干燥，60-KKTC真空干燥 l_3h 得到 Bi2W06。
2. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：HN03溶 液的濃度為〇. 4mol/L，Bi (Ν03)3 · 5H20與ΗΝ03溶液的重量體積比為0. 98 : 30g/ml。
3. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：在40°C 下攪拌至固體Bi (Ν03)3 · 5H20溶解。
4. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于： (NH4)1CIW 12041 · 5H20 的加入量與 Bi (Not · 5H20 的重量比為 25 : 98。
5. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：用NaOH 溶液將體系的pH調(diào)節(jié)為1。
6. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：將壓力 溶彈密封后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在190°C下反應(yīng)2h。
7. 如權(quán)利要求1所述的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍的制備方法，其特征在于：80°C真 空干燥2h得到Bi2TO 6。
8. 如權(quán)利要求1-7任一項制備的三維鳥巢狀介孔結(jié)構(gòu)鎢酸鉍用于乙醇檢測的用途。
【文檔編號】G01N27/12GK104058459SQ201410283743
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】王丹軍, 郭莉, 薛崗林, 付峰 申請人:王丹軍, 郭莉