[发明专利]高气敏性能的多元复合金属氧化物、制备方法及应用

说明书

本发明公开了高气敏性能的多元复合金属氧化物、制备方法及应用，将p型半导体金属氧化物对应的金属离子、n型半导体金属氧化物对应的金属离子和掺杂金属离子混合，加入配位剂，经沉淀、老化、干燥、煅烧即得高气敏性能的多元复合金属氧化物，掺杂金属价态低于p型半导体的金属价态，或者掺杂金属价态高于n型半导体的金属价态。本发明复合形成的金属氧化物具有提高灵敏性和响应性的p‑n结，同时进行适量的掺杂处理，形成三元或四元的复合金属氧化物；通过加入配位剂来调整、控制多元金属复合羟基化合物的结构，从而实现金属复合氧化物材料的结构可控。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体涉及高气敏性能的多元复合金属氧化物、制备方法及应用。

背景技术

由于现代工业的迅速发展，工业生产中使用的气体原料和生产过程中产生的有毒、有害气体种类和数量越来越多，这些气体不仅污染环境，而且有可能引起爆炸、火灾以及使人体产生中毒。对这些气体迅速准确的检测，将有效地防止此类恶性事件的发生，因此，对于高性能气敏材料的需求量也就越来越大。当前，各种单一金属氧化物(例如ZnO，SnO₂，Fe₂O₃等)已被广泛应用于气敏传感器。但是单一金属氧化物气敏材料灵敏度较低、工作温度高、选择性差等缺点，不能适应越来越高的气体检测要求。为了弥补单一氧化物的这一缺陷，人们开始在单一氧化物中掺杂一种或几种金属氧化物，从而得到复合金属氧化物半导体气敏材料。实验证明，被掺杂了不同金属的复合氧化物对于特定的气体具有较高的灵敏性和选择性。

中国专利CN104048996A公开了一种晶体非晶体金属氧化物复合气敏材料的制备方法，然而其制备的气敏材料的工作温度都在240℃以上，其灵敏度和响应性也不足。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了高气敏性能的多元复合金属氧化物的制备方法，其制备的多元复合金属氧化物气敏材料的工作温度降低，灵敏度和响应性有提升。本发明还提供了高气敏性能的多元复合金属氧化物的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

高气敏性能的多元复合金属氧化物的制备方法，将p型半导体金属氧化物对应的金属离子、n型半导体金属氧化物对应的金属离子和掺杂金属离子混合，加入配位剂，经沉淀、老化、干燥、煅烧即得高气敏性能的多元复合金属氧化物，掺杂金属价态低于p型半导体的金属价态，或者掺杂金属价态高于n型半导体的金属价态。

本发明p型半导体和一种n型半导体金属氧化物复合形成的金属氧化物具有提高灵敏性和响应性的p-n结，同时对主体中的p型半导体金属氧化利用比其价态低的金属离子进行适量的掺杂处理，或对主体中的n型半导体金属氧化物可利用高价态的金属离子进行适量的掺杂处理，形成三元或四元的复合金属氧化物，通过调整不同的主体氧化物，和选择不同的掺杂金属离子实现对材料的导电性和气体吸附性的控制，以实现对不同气体的高选择性和高灵敏度；通过加入配位剂来调整、控制多元金属复合羟基化合物的结构，从而实现金属复合氧化物材料的结构可控；通过材料结构调整，形成p-n结以及掺杂金属离子，使得本发明方法制备的高气敏性能的多元复合金属氧化物气敏材料具有低工作温度、高灵敏度、高稳定性、响应快、选择性好。

优选的，其步骤为：

(1)将p型半导体金属氧化物对应的金属可溶盐、n型半导体金属氧化物对应的金属可溶盐和掺杂金属可溶盐加入至水中混合均匀，制备成混合溶液；

(2)向混合溶液中加入配位剂，使配位剂与金属离子络合；

(3)调节混合溶液的pH值，使溶液产生沉淀；

(4)将沉淀进行老化后抽滤，干燥得到复合金属羟基化合物；

(5)将得到的复合金属羟基化合物在惰性气体保护下煅烧后即得高气敏性能的多元复合金属氧化物。