[发明专利]一种镧离子掺杂氧化锌多孔空心球的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于气敏材料的制备，特别是一种镧离子掺杂氧化锌多孔空心球的制备方法及应用。

背景技术

氧化锌是一种重要的宽带隙化合物半导体，在化学传感器、压电、光催化、光电转换、蓝绿发光二极管和激光器等领域具有重要的应用价值。在化学传感器、压电、光催化、光电转换应用过程中，增大氧化锌比表面积一直是提升其性能有效方法。目前常用的制备氧化锌的方法，如模板法、溶胶-凝胶法、微乳液法等，通常仅可利用材料的外表面，尚未充分发挥材料的性能，本专利所提出的氧化锌多孔空心球传可充分利用材料的内表面和外表面，有可能实现提高材料的上述应用性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种镧离子掺杂氧化锌多孔空心球的制备方法及应用，该制备方法工艺简单、成本低，且可获得均匀分布的ZnO纳米多孔空心球，比表面积较大；该材料用于制备旁热式气敏元件，与监测气体能充分接触。

本发明的技术方案：

一种镧离子掺杂氧化锌多孔空心球的制备方法，以硝酸镧La(NO₃)₃、六次甲基四胺(CH₂)₆N₄和硝酸锌Zn(NO₃)₂为原料，以柠檬酸钠为表面活性剂，在水中进行共沉淀反应制备，步骤如下：

1） 将(CH₂)₆N₄溶于去离子水中，超声使其溶解后加入Zn(NO₃)₂和La(NO₃)₃，继续超声震荡使La(NO₃)₃完全溶解，然后将柠檬酸钠加入上述溶液，配置成反应液；

2）将反应液置于70～95℃水浴槽中，反应3～5h后抽滤，得到白色沉淀，将沉淀物分别用去离子水、无水乙醇充分洗涤，过滤后将沉淀物在60～80℃温度下烘干，即可制得粉末状镧离子掺杂氧化锌多孔空心球。

所述Zn(NO₃)₂、La(NO₃)₃、(CH₂)₆N₄、柠檬酸钠与去离子水的用量比为100 ml去离子水中(CH₂)₆N₄为0.2-0.4 g、Zn(NO₃)₂为0.6-0.8 g、La(NO₃)₃为0.02-0.04 g、柠檬酸钠为0.1-0.15g。

一种所述镧离子掺杂氧化锌多孔空心球的应用，用于制备旁热式气敏元件，方法是将上述镧离子掺杂氧化锌粉末与松油醇混和并调匀配成浆料，涂敷到陶瓷管表面，在300～600℃温度下烧结1～3 h，制作成烧结型旁热式气敏元件，然后在300～500℃温度下老化1～3天即可。

所述镧离子掺杂氧化锌粉末与松油醇混和的质量比为1:5。

本发明的工作原理：在无柠檬酸钠存在时，氧化锌易于形成棒状结构，但由于存在柠檬酸钠，规整的链状结构使其很容易吸附在ZnO晶种的表面改变其生长过程，导致片状结构的形成，片状结构不断聚集最终形成了表面为多孔片状结构的氧化锌球。ZnO纳米多孔空心球的表面是由许多颗粒组合而成多孔片状结构,颗粒之间又有空隙，有些球表面没有完全封闭，部分是敞开的，球的直径约为2μm,气体分子可以进入，内部和外部都可同时与气体接触，从而提高了纳米氧化锌的吸附氧量及与气体的接触面积,将其作为气敏材料应该具有很好的气敏性能。 

本发明的优点和积极效果：

1) 液相掺杂La³⁺纳米ZnO多孔空心球的制备方法与其他方法相比，工艺简单、成本低；(2) 该方法可以获得均匀分布的ZnO纳米多孔空心球，比表面积较大；3）该材料制备旁热式气敏元件，多孔结构使其气体充分接触，可广泛应用于乙醇、甲醛、氨气、氢气的气体监测。

【附图说明】

图1是ZnO:La³⁺空心球的SEM照片。

图2是ZnO:La³⁺空心球的XRD图。

图3是ZnO:La³⁺空心球对不同浓度乙醇的灵敏度曲线。

图4是ZnO:La³⁺空心球工作时间与灵敏度之间的关系。