[发明专利]一种二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法、电阻型气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米材料技术领域，特别涉及一种二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法、电阻型气体传感器。

背景技术

随着纳米技术的发展，纳米材料的开发推动了信息、能源、环境、农业和国防等领域的飞速发展。纳米材料具有许多特点，其中最显著特点是具有较大的比表面积，这有利于提供更多的吸附位点和活性位点，进而提高材料的气敏性能。三维多孔纳米材料具有较多的孔道，有利于目标气体在敏感材料内的扩散和吸附，提高敏感体的利用率。三维石墨烯具有大的比表面积和多孔结构，可以改善气体传感器的气敏性能。

气体传感器是当前传感器领域研究的重点之一，可根据气体传感器工作原理，用于检测有毒有害、易燃易爆等气体，可应用于工业生产中废气的检测、环境中氮氧化合物的检测、显示出的信号来判断气体的含量、浓度和种类，室内甲醛气体含量的检测以及瓦斯、煤气等易爆气体的防泄露检测，同时也可用于汽车驾驶员呼出气体中乙醇浓度来判断是否酒驾。在气体传感器领域，将两种或两种以上的材料复合成具有新功能的材料能提高传感器的气敏性能，这类新型材料往往具有较好的选择性和稳定性。

二氧化锡是一种重要的宽带隙n型半导体材料，其禁带宽度E_g＝3.6eV(300K)，是用途比较广泛的功能材料。三维石墨烯具有优异的导电性、大的比表面积以及多孔结构，在能源、环境和催化等方面显示了优异性能。将两者制备成复合材料，可以在性能上取长补短、产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，从而提高材料应用的范围和性能。目前，在气体传感器领域中以三维石墨烯作为载体的复合材料不多，但已被许多研究者所关注。中国发明专利CN102636522A公布了一种二氧化锡与石墨烯复合纳米材料的制备方法及其在气体传感器中的应用，该方法制备的二氧化锡与石墨烯复合纳米材料容易团聚，使得材料在制备和应用过程中存在缺陷，降低材料的气敏性能。Li Lei等(Analytical Chemistry 2015,87,1638-1645)采用一步水热法制备的二氧化锡与三维多孔氧化石墨烯复合材料，三维氧化石墨烯表面和体相负载二氧化锡不太均匀，从而影响气体传感器测试性能。综上所述，目前大多二氧化锡与石墨烯复合材料是石墨烯和纳米二氧化锡的简单混合，且纳米二氧化锡在石墨烯表面和内部分布不均匀，在气体分子吸附和脱附过程中，气体分子难以吸附在二氧化锡与石墨烯界面层，导致电子传输能力下降，最终影响传感器的气敏性能。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种二氧化锡/石墨烯纳米复合材料的制备方法、电阻型气体传感器。本发明利用价格低廉原料制备得到三维柱状还原氧化石墨烯，通过浸泡、复合、洗涤、干燥和焙烧，得到二氧化锡/石墨烯复合材料。本发明针对提高二氧化锡作为传感材料的灵敏度和选择性等技术难题和石墨烯复合材料的广泛应用，提供了一种工艺简单、产率高、易扩大生产的复合材料制备方法。

一种二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法，步骤包括：

A、水热工序：将氧化石墨分散在水中超声制得氧化石墨烯溶液，向溶液中加入硫酸，再超声分散均匀制得混合液，然后将混合液转移至反应釜中在160～260℃下反应18～30小时，取出洗涤，得到三维柱状还原氧化石墨烯，反应条件优选在190～220℃下反应20～24小时；

所述步骤A中氧化石墨通过改进Hummers法合成，具体步骤为：分别称取5.0g石墨和3.75g NaNO₃放入1L的烧杯中，机械强力搅拌，缓慢加入150mL的浓硫酸，搅拌0.5小时，再缓慢加入20g的KMnO₄，0.5小时加完，继续搅拌20小时后，反应物粘度增大，停止搅拌，得到浆糊状紫红色物质。放置5天后，分别缓慢加入500mL去离子水和30mL H₂O₂，此时溶液颜色变为较明显的亮黄色，待溶液充分反应后，离心、洗涤，得到氧化石墨。

所述步骤A中混合液里氧化石墨烯的浓度为0.75～1.5g/L，优选1.0～1.25g/L；

所述步骤A中混合液里硫酸的浓度为0.8～1.7mol/L，优选1.2～1.4mol/L。