[发明专利]一种超快速原位合成对CO响应的MOFs/ZnO复合气敏膜的制备方法

说明书

本发明涉及气敏材料技术领域，具体涉及一种超快速原位合成金属有机骨架MOFs/ZnO复合气敏膜的制备方法。所述的复合气敏膜是通过在氧化铝平面电极上制备一层ZnO纳米颗粒膜层，在马弗炉中高温烧结，然后在ZnO纳米颗粒膜上通过浸渍离子交换法生长MOFs得到的。所述的复合气敏膜是覆盖了一层MOFs膜的ZnO，这种复合结构的气敏膜构建了气体通道，增加了气体吸附的位点，有利于大幅度提高气体灵敏度和选择性。该复合气敏膜制备方法具有操作简便、易实现和成本低的优势。

技术领域

本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种超快速原位合成MOFs/ZnO复合气敏膜的制备方法。

背景技术

传感技术作为信息技术三大核心技术之一，已然成为了各国高科技争夺的制高点。气体传感器作为传感器领域中的一个重要分支，它可以将外界气体的信息转换成电信号传递给控制中心，从而实现检测、自动控制和报警等功能。气体传感器的种类相当丰富，其中，金属氧化物半导体气敏器件，具有稳定性好，可靠性高，吸脱附时间短等诸多优点，引起了研究人员极大的研究兴趣。

ZnO是一种环境友好n-型半导体，室温下电子结合能60meV，禁带宽度为 3.37eV，电子迁移率高，化学和热稳定性好，在传感器，光电器件，和光子探测器等领域有着广泛的应用。据报道，不同形貌ZnO纳米结构(包括纳米纤维、纳米棒、纳米片等)湿度传感器都显示出良好的气敏响应。但ZnO气敏传感器工作温度高(300℃以上)，选择性差。

MOFs具备诸多传感必需的优异特性。MOFs的孔道结构可以增强传感器的选择性吸附，其还具有大的比表面积、广阔的孔内空间，与选择性吸附相结合，能极大提高传感器的灵敏度和准确性；此外MOFs还具有较高的稳定性，包括热稳定性以及化学稳定性，能大大提高传感器的稳定性。但MOFs通常导电性很差，这限制了其作为电化学型传感器的使用。

发明内容

本发明提出在ZnO膜上生长MOFs构成复合气敏材料，兼顾ZnO和MOFs作为气敏材料的优势，实现1+1＞2的功能。新型气敏材料为气敏传感器的研究奠定了基础。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超快速原位合成MOFs/ZnO复合气敏膜的制备方法，采用厚膜工艺在氧化铝平面电机上制备一层ZnO纳米颗粒膜层，然后在马弗炉中高温退火作为生长基底，接着在该生长基底上采用浸渍离子交换法生长MOFs/ZnO复合气敏膜，具体包括以下步骤：

(1)氧化铝平面电极的预处理

将氧化铝平面电极先后分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗干净后再烘箱中烘干备用；

(2)ZnO浆料的制备

取ZnO纳米颗粒与适量松油醇混合后在玛瑙研钵中研磨得到分散均匀的ZnO 浆料；

(3)ZnO生长基底的制备

将ZnO浆料通过旋涂法涂覆在预处理后的氧化铝平面电极上制成气敏元件，于烘箱中烘干；

(4)退火

将步骤(3)得到的ZnO气敏元件放置于马弗炉中退火然后自然冷却至室温；

(5)生长MOFs

将步骤(4)得到的退火后的ZnO气敏元件置于一定浓度的Cu(NO₃)₂溶液中，室温下保持一定时间，取出后烘干，制备得到(Zn,Cu)(OH)NO₃/ZnO膜；将所述 (Zn,Cu)(OH)NO₃/ZnO膜置于一定浓度有机配体溶液中，所述有机配体溶液选自 1,3,5-均苯三甲酸(H₃BTC)和1,4-对苯二甲酸溶液(H₂BDC)中的一种，室温下保持一定时间，取出后烘干，制备得到MOFs/ZnO复合气敏膜。