氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，用于解決現(xiàn)有方法制備的多級氧化鐵/氧化鎳復(fù)合材料靈敏度低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是以氧化鋅納米棒為模板，在一定比例的N,N?二甲基甲酰胺與水的混合溶劑中，在水熱條件下通過化學(xué)反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。對多種易揮發(fā)性有機物蒸汽測試結(jié)果表明，本發(fā)明方法制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對甲醛氣體具有良好的靈敏度和選擇性，其對100ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到10～12.5；同時，氣敏元件對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到3～4，說明對甲醛氣體的單一選擇性顯著提升。
【專利說明】
氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，特別涉及一種氧化鋅/沸石咪卩坐多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會的高速發(fā)展使得人們對于工業(yè)生產(chǎn)及自身居住環(huán)境的安全性要求越來越高，特別是對威脅人類安全的有毒、有害氣體的檢測和治理提出了很高的要求。甲醛氣體作為一種室內(nèi)裝修產(chǎn)生的常見有害氣體，對于人們的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，那么開發(fā)出實用的檢測甲醛氣體的氣敏傳感器的意義不言而喻。因此，氣體傳感器的敏感材料也一直是當(dāng)前研究的重點，其中對特定氣體選擇性單一的氣敏傳感器材料的研究是迫切需要解決的問題。氧化鋅作為一種常用的半導(dǎo)體氣敏材料，但其對甲醛等有害氣體的選擇性較低，而沸石咪唑類多孔結(jié)構(gòu)材料具有不同的尺寸孔隙，對于過濾不同大小氣體分子有很好的效果。因此，將氧化鋅與多孔性材料復(fù)合制備的納米材料對于提高氣敏材料的選擇性是一條有效的途徑。
[0003]al.Hierarchicala-Fe203/Ni0 composites with ahollow structure for a gas sensor.ACS Applied Materials&Interfaces ,2014,6,12031-12037.”報道了采用水熱合成法首先制備多級氧化鎳材料，然后將氧化鐵顆粒復(fù)合在氧化鎳上形成多級氧化鐵/氧化鎳復(fù)合材料，并對多種易揮發(fā)性有機物蒸汽進(jìn)行了檢測。結(jié)果顯示對于室內(nèi)主要污染物甲醛氣體，在10ppm的濃度時，其靈敏度僅為6，與氧化鋅基氣敏傳感器相比靈敏度較低;此外，相對于乙醇其對甲醛的選擇性為1.7，選擇性不高可能會導(dǎo)致氣敏傳感器的干擾信號產(chǎn)生或者發(fā)生錯誤的警報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有方法制備的多級氧化鐵/氧化鎳復(fù)合材料靈敏度低的不足，本發(fā)明提供一種氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法。該方法以氧化鋅納米棒為模板，在一定比例的N，N-二甲基甲酰胺與水的混合溶劑中，在水熱條件下通過化學(xué)反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。對多種易揮發(fā)性有機物蒸汽測試結(jié)果表明，本發(fā)明方法制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對甲醛氣體具有良好的靈敏度和選擇性，其對10ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到10?12.5;同時，氣敏元件對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到3?4，說明對甲醛氣體的單一選擇性顯著提升。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，其特點是包括以下步驟:
[0006]步驟一、將六水硝酸鋅和氫氧化鈉按摩爾比1:6?1:10溶解在蒸餾水中形成摩爾濃度為1.67?1.7711101/1的溶液，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在100?180°(:加熱反應(yīng)6?18h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50?70 °C烘干6?I Oh，得到氧化鋅納米棒；
[0007]步驟二、將步驟一制得的氧化鋅納米棒與2-甲基咪唑按摩爾比1:6?1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺與水按體積比為2:1?4:1的混合溶液中形成摩爾濃度為2.2?2.33mol/L的溶液，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在60?80 °C加熱反應(yīng)12?36h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液PH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50?70°C烘干6?I Oh，得到氧化鋅/沸石咪卩坐多孔結(jié)構(gòu)納米材料。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:該方法以氧化鋅納米棒為模板，在一定比例的N，N_二甲基甲酰胺與水的混合溶劑中，在水熱條件下通過化學(xué)反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。對多種易揮發(fā)性有機物蒸汽測試結(jié)果表明，本發(fā)明方法制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對甲醛氣體具有良好的靈敏度和選擇性，其對10ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到10?12.5;同時，氣敏元件對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到3?4，說明對甲醛氣體的單一選擇性顯著提升。
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例1?3所制備氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的X射線衍射圖譜。
[0011]圖2是本發(fā)明實施例2所制備氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的高角度環(huán)形暗場掃描透射電鏡圖片。
[0012]圖3是本發(fā)明實施例2所制備氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料與氧化鋅納米材料的氮氣吸附曲線。
[0013]圖4是本發(fā)明實施例1?3所制備氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的氣敏元件暴露在10ppm甲醛氣體中的靈敏度和選擇性對比圖。圖4(a)是靈敏度對比圖；圖4(b)是選擇性對比圖。
【具體實施方式】
[0014]以下實施例參照圖1?4。
[0015]實施例1:
[0016]步驟一、將0.0076mol六水硝酸鋅和0.0456mol氫氧化鈉按摩爾比1:6溶解在蒸餾水中形成摩爾濃度為1.77mol/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在100 °C加熱反應(yīng)18h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50 °C烘干I Oh，反應(yīng)制得氧化鋅納米棒；
[0017]步驟二、將步驟一制得的0.0ImoI氧化鋅納米棒與0.06moI 2_甲基咪卩坐按摩爾比I: 6溶解在N，N-二甲基甲酰胺與水按體積比為2:1的混合溶液中形成摩爾濃度為2.33mol/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在60°C加熱反應(yīng)36h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液PH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50°C烘干10h，反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪卩坐多孔結(jié)構(gòu)納米材料。
[0018]從圖1(a)的X射線衍射圖譜可以看出實施例1制備的樣品為沸石咪唑結(jié)構(gòu)與氧化鋅的復(fù)合相。經(jīng)氣敏性能測試，從圖4(a)可以看出實施例1制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對10ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到10。從圖4(b)可以看出相對于乙醇?xì)怏w，實施例1制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到3。
[0019]實施例2:
[0020]步驟一、將0.0076mol六水硝酸鋅和0.0608mol氫氧化鈉按摩爾比1:8溶解在蒸餾水中形成摩爾濃度為1.7 Imo 1/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在140 V加熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中60 0C烘干8h，反應(yīng)制得氧化鋅納米棒；
[0021 ] 步驟二、將步驟一制得的0.0lmol氧化鋅納米棒與0.08mol 2-甲基咪卩坐按摩爾比I: 8溶解在N，N-二甲基甲酰胺與水按體積比為3:1的混合溶液中形成摩爾濃度為2.25mol/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在70 0C加熱反應(yīng)24h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液PH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中60°C烘干8h，反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。
[0022]從圖1(b)的X射線衍射圖譜可以看出實施例2制備的樣品為沸石咪唑結(jié)構(gòu)與氧化鋅的復(fù)合相。從圖2可以看出實施例2制備的材料為氧化鋅納米棒的內(nèi)核以及包覆在其表面的沸石咪唑結(jié)構(gòu)材料組成，兩種材料的組成原子不同、密度不同，在高角度環(huán)形暗場掃描透射電鏡下會顯示界面清晰的明暗區(qū)域。從圖3可以看出實施例2制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料為I型氮氣吸附曲線，氧化鋅納米材料為IV型氮氣吸附曲線，說明氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料具有微孔材料的顯著特征。經(jīng)氣敏性能測試，從圖4(a)可以看出實施例2制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對10ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到12.5;同時，從圖4(b)可以看出實施例2制備材料氣敏元件對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到4，說明對甲醛氣體的單一選擇性顯著提升。
[0023]實施例3:
[0024]步驟一、將0.0076mol六水硝酸鋅和0.076mol氫氧化鈉按摩爾比1:10溶解在蒸餾水中形成摩爾濃度為1.67mol/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在180 °C加熱反應(yīng)6h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中70 °C烘干6h，反應(yīng)制得氧化鋅納米棒；
[0025]步驟二、將步驟一制得的0.0lmol氧化鋅納米棒與0.1mol 2_甲基咪卩坐按摩爾比1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺與水按體積比為4:1的混合溶液中形成摩爾濃度為2.2mol/L的溶液，并將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在80°C加熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液PH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中70°C烘干6h，反應(yīng)制得氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。
[0026]從圖1(c)的X射線衍射圖譜可以看出實施例3制備的樣品為沸石咪唑結(jié)構(gòu)與氧化鋅的復(fù)合相。經(jīng)氣敏性能測試，從圖4(a)可以看出實施例3制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對10ppm甲醛氣體靈敏度由【背景技術(shù)】的6提高到11。從圖4(b)可以看出相對于乙醇?xì)怏w，實施例3制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料對甲醛氣體的選擇性由【背景技術(shù)】的1.7提高到3.4。
[0027]本發(fā)明提供了一種氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，具體為自模板法制備氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料。該方法制備的氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料具有良好的氣敏性能，特別是對甲醛氣體的靈敏度和選擇性有顯著提高。因此本發(fā)明氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法為提高氣敏材料對特定氣體的選擇性提供了新方法。
【主權(quán)項】
1.一種氧化鋅/沸石咪唑多孔結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:步驟一、將六水硝酸鋅和氫氧化鈉按摩爾比1:6?1:10溶解在蒸饋水中形成摩爾濃度為1.67?1.77mol/L的溶液，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在100?180 °C加熱反應(yīng)6?18h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50?70 °C烘干6?I Oh，得到氧化鋅納米棒； 步驟二、將步驟一制得的氧化鋅納米棒與2-甲基咪唑按摩爾比1:6?1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺與水按體積比為2:1?4:1的混合溶液中形成摩爾濃度為2.2?2.33mol/L的溶液，將所得溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜密封在60?80 °C加熱反應(yīng)12?36h，將產(chǎn)物用蒸餾水和無水乙醇反復(fù)洗滌離心至溶液pH值為中性，所得產(chǎn)物置于烘箱中50?70°C烘干6?10h，得到氧化鋅/沸石咪卩坐多孔結(jié)構(gòu)納米材料。
【文檔編號】G01N33/00GK105842397SQ201610160840
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】樊慧慶, 田海林, 馬龍濤, 方佳文
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)