[发明专利]分级结构的SnO2气敏材料及其制备方法

说明书

本发明公开了分级结构的SnO₂气敏材料及其制备方法，其中，分级结构的SnO₂气敏材料由SnO₂纳米球和包裹在所述SnO₂纳米球表面的SnO₂纳米颗粒组成。由此该分级结构的SnO₂气敏材料通过在三维SnO₂纳米球表面原位生长修饰零维SnO₂纳米颗粒，有效避免了纳米球和纳米颗粒的严重团聚，显著增大了比表面积，增加反应活性位点密度，进而显著提高了气敏性能。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于分级结构的SnO₂气敏材料及其制备方法。

背景技术

近年来，大气污染问题受到广泛的关注，有效检测环境空气质量是当前较为关键的工作。气体传感器作为一种简单便捷的检测工具，已经被广泛的应用于生活、工业等各领域。其中，气体敏感材料作为气体传感器的核心部分之一，对传感器的实际检测能力扮演着直接、关键作用。目前，基于金属氧化物半导体为敏感材料的气体传感器是应用最为广泛的气体传感器。但是，目前此类金属氧化物半导体的气体传感器存在的显著问题就是灵敏度低、气体选择性差、响应-恢复时间长等，这直接影响和限制了其实际应用领域。因此，设计和制备新型气体敏感材料，是目前开发高性能气体传感器的关键途径之一。

目前，通过制备纳米级金属氧化物半导体敏感材料能够有效改善气体传感器的灵敏度、选择性和缩短响应恢复时间，以及降低工作温度。如中国专利CN103776870B,CN105645460A和CN106018700A所报道，但是，由于纳米材料表面特性导致纳米材料极易团聚，材料层叠率较高，导致材料大部分的表面活性位点无法高效地参与气敏反应，以致传感器性能改善有限。正如中国专利CN101323975B和CN106430292A，具有分级结构的敏感材料的制备条件苛刻，工艺复杂，产率低，成本昂贵，不利于大规模生产。同时，中国专利CN103949195A，CN106053548A和CN105259211A等采用贵金属修饰微纳米敏感材料以改善材料的气敏性能，但是制备工艺较为繁琐，制备成本高，且所制备的气体传感器的气敏性能提升有限。因此，本发明提供一种简单工艺制备一种具有新型分级结构的二氧化锡(SnO₂)气敏材料，以显著改善气体传感器的气敏性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种分级结构的SnO₂气敏材料及其制备方法。该分级结构的SnO₂气敏材料通过在三维SnO₂纳米球表面原位生长修饰零维SnO₂纳米颗粒，有效避免了纳米球和纳米颗粒的严重团聚，显著增大了比表面积，增加反应活性位点密度，进而显著提高了气敏性能。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种分级结构的SnO₂气敏材料。根据本发明的具体实施例，该分级结构的SnO₂气敏材料由SnO₂纳米球和包裹在所述SnO₂纳米球表面的 SnO₂纳米颗粒组成。

由此，该分级结构的SnO₂气敏材料中以粒径较大的SnO₂纳米球最为核心，将粒径较小的SnO₂纳米颗粒均匀形成在SnO₂纳米球的表面。具有该结构的分级结构的SnO₂气敏材料可以显著增大其比表面积，重要的是可以有效避免纳米球和纳米颗粒的严重团聚，增加反应活性位点密度，进而显著提高了气敏性能。