[发明专利]一种空心十四面体结构羟基锡酸锌气敏材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感材料技术领域，尤其涉及空心十四面体结构羟基锡酸锌气敏材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业迅速发展，生产规模不断扩大，产品种类逐渐增多，生产过程中会使用到各类气体，同时也会排出各种气体，而这些气体中一部分是有害的，当这些气体在使用，生产，运输的过程中，一旦发生泄露，就会对大气引起严重的污染，有引发爆炸、火灾的危险，或使人中毒等潜在危险，严重的危害到人类的人身安全和财产安全。同时随着生活水平的提高，液化气、天然气已经普及到每一个家庭，但每年因为液化气和天然气泄露，而造成的中毒、火灾、甚至是爆炸事件都在增多。人类自身对有害气体的反应是有限的，不具有对有害气体的定量的判断能力，往往还没有感觉到，危险就已经发生，因此对有毒、有害、易燃、易爆气体进行实时、实地的监测是非常有必要的。

目前，气体传感器采用的材料绝大多数是半导体金属氧化物，它是利用气体在半导体氧化物表面的吸附及反应引起半导体电阻变化来检测气体的。羟基锡酸锌（ZnSn(OH)₆）是近年来逐步发展起来的一种有效的气敏材料。围绕羟基锡酸锌气敏材料的制备，已有若干文献报道，如Lixian Han等（Lixian Han, Jie Liu, Zhengjun Wang et.al, Shape-controlled synthesis of ZnSn(OH)₆ crystallites and their HCHO-sensing properties [J]. CrystEngComm, 2012, 14:3380-3386）利用ZnSO₄和Na₂SnO₃为原料可控合成了具有实心结构的ZnSn(OH)₆立方体和圆球，并对其甲醛气敏性能进行了研究；Rongmei Liu等（Rongmei Liu, Yuanwen Jiang, Feng Gao et.al, Biopolymer-assisted construction and gas-sensing study of uniform solid and hollow ZnSn(OH)₆ spheres [J]. Sens.Actuators B, 2013, 178: 119-124.）报道了利用生物聚合物海藻酸钠为助剂在水热条件下合成了ZnSn(OH)₆实心球和空心球；再如申请号为中国专利CN201310223238.6，名称为“一种亚微米羟基锡酸锌立方体材料的制备方法”，选用原料十六烷基三甲基溴化铵、正己醇、环己烷和去离子水组成微乳液，以硫酸锌和锡酸钠为反应物，制备亚微米羟基锡酸锌立方体颗粒，可用作光催化、气敏和阻燃等材料。以上几种技术均具有工艺复杂、成本高、效率低，所得气敏材料不具备中空结构或仅为空心球结构，比表面积小，限制了气敏性的发挥。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种具有非球形空心结构的羟基锡酸锌空心十四面体气敏材料的制备方法，制备工艺简单灵活，成本低廉，能对其多面体形貌进行有效控制，制备的这种空心多面体结构气敏材料对乙醇具有较高的灵敏度，以及快速的响应、恢复。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：将一定浓度的可溶性锌盐与柠檬酸混合溶液，加入到可溶性锡盐与氢氧化钠形成的混合溶液中，一定温度下水浴加热，形成具有十四面体结构的羟基锡酸锌，再加入适量的氢氧化钠作为侵蚀介质，将其刻蚀为空心十四面体结构，最后经离心分离，洗涤，干燥，即可得到具有空心十四面体结构的羟基锡酸锌气敏材料。其具体步骤如下：

（1）锌盐溶液配制：以可溶性锌盐为原料，溶于去离子水中，配成0.3-1摩尔/升的溶液，搅拌混合均匀。

（2）锡盐溶液配制：以可溶性锡盐为原料，溶于去离子水中，控制浓度为0.3-1摩尔/升，磁力搅拌，混合均匀。

（3）实心结构羟基锡酸锌十四面体制备：将步骤（1）所得锌盐溶液加入步骤（2）所得锡盐溶液中，然后按照锡盐：氢氧化钠的摩尔比为1:8-10的比例，加入氢氧化钠溶液，一定温度下水浴加热10-30分钟，形成具有十四面体结构的羟基锡酸锌。

（4）空心十四面体结构羟基锡酸锌的制备：向步骤（3）所得产物中加入氢氧化钠，锡盐：氢氧化钠的摩尔比为1:16-20的比例，室温下搅拌2-4小时，利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤，50-80℃干燥，最终得到白色粉体产物。

 

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：