[发明专利]一种适于低温酒精传感器的复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体氧化物低温气体传感器技术领域，具体涉及一种基于SnO₂/TiO₂异质结构纳米带的一种适于低温酒精传感器的复合材料及其应用。

背景技术

二氧化锡禁带宽度为3.6eV，作为一种n-型半导体气体传感材料广泛应用于各个领域，例如化学，生物医药，汽车工业，酒精质量检测，空气质量监控以及呼吸气体分析等。气体分子的检测经过吸附-氧化(或还原)-解吸附的过程，接触吸附二氧化锡表面后，消耗其表面化学吸附的氧原子(O₂^-，O^2-，O^-)进行氧化或还原反应，从而改变二氧化锡表面电子空位层，引起材料电阻的变化。但是通常需要高温(200-400℃)来增加气体分子解吸附的动能从而克服吸附能，这影响了气敏材料的稳定性和使用寿命，并且可能诱发燃烧或爆炸的危险。因此，对于低温响应的气敏传感器的研究具有十分重要的意义。

研究表明二氧化锡的气敏性能很大程度上决定于不同合成方法所造成的晶体尺寸，暴露面和表面形貌的差异。其中制备高能面的二氧化锡纳米晶体受到尤其多的关注，例如，高能面(221)的八面体纳米颗粒相对于传统低能表面(110)，(101)或(100)的二氧化锡表现出更好的气敏响应。另一个改性气敏传感器的方法是通过在材料表面构建异质结，一维二氧化钛纳米带因其非常高的表面积/体积比和性能的多样性通常用做复合结构的载体，二氧化锡纳米颗粒或纳米片与二氧化钛纳米带间的异质结构不仅能够利用不同材料的性能，而且电子在晶面间的传输有利于表面电化学性能的提升。经检索，有关以TiO₂纳米带为载体，其表面均匀分散着SnO₂纳米颗粒和和SnO₂纳米片并形成SnO₂/TiO₂异质结的制备和及其在低温酒精传感器制备中的应用还未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适于低温酒精传感器的复合材料及其应用。

本发明所述的适于低温酒精传感器的复合材料，其特征在于，所述复合材料是以TiO₂纳米带为载体，其表面均匀分散着SnO₂纳米颗粒和SnO₂纳米片并形成SnO₂/TiO₂异质结；其中，所述TiO₂纳米带长度为5-20μm，宽度为50-200nm，厚度为30±5nm，所述SnO₂纳米颗粒粒径为30±5nm，SnO₂纳米片单片面积为400-1000nm²，厚度为20±5nm，SnO₂在所述适于低温酒精传感器的复合材料中占的质量分数为40％～80％；且该适于低温酒精传感器的复合材料由以下方法制得：

(1)向摩尔浓度为0.5～1mol/L的SnCl₂·2H₂O溶液中，依次加入等体积的摩尔浓度为1～2mol/L的Na₃C₆H₅O₇·2H₂O溶液和摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的NaOH溶液，搅拌30±10min，得到前驱体锡溶液；

(2)以钛与锡元素摩尔比值为0.1～1向前驱体锡溶液中加入TiO₂纳米带，搅拌1±0.5h后转入反应釜中，在180±10℃下水热反应12±2h，待反应完毕后自然冷却，水洗产物6～8次并在70±20℃下干燥12±2h，Sn²⁺被部分氧化成Sn⁴⁺得到Sn₃O₄纳米片，Sn₃O₄纳米片垂直生长在TiO₂纳米带表面形成中间产物异质结构Sn₃O₄/TiO₂；