[发明专利]一种基于MOF模板合成ZnO负载三氧化二铁纳米异质结构的气敏元件的方法

说明书

本发明公开了一种基于MOF模板合成ZnO负载三氧化二铁纳米异质结构的气敏元件的方法，其步骤为：（1）通过溶剂热法得到MIL‑88A纳米棒经烧结后得到多孔α‑Fe₂O₃纳米棒；（2）以多孔α‑Fe₂O₃纳米棒为基底，二水合醋酸锌为反应原料，富马酸为配体，甲醇和水为混合溶剂，进行多次浸泡；（3）溶剂热反应后，经离心、洗涤、干燥后得到Zn‑MOF/α‑Fe₂O₃粉末，煅烧后得到ZnO/α‑Fe₂O₃异质结构纳米粉末；（4）制成气敏元件。本发明利用MOFs为模板，成功合成了纳米材料异质结构，制得的气敏元件为高灵敏度、稳定性好、成本低的实用性半导体型气敏传感器，为双金属氧化物异质结构的合成提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于纳米功能材料的制备技术领域，具体涉及一种基于MOF模板合成ZnO负载三氧化二铁纳米异质结构的气敏元件的方法。

背景技术

近年来，我国的环境污染问题越来越严重，主要涉及空气污染、土壤污染、水污染等，其中空气污染越来越影响我们的出行和健康。二十一世纪，随着人类文化的进步及工业的快速发展，人们的生活水平也有了一个质的飞跃。现如今，我国的私家车也达到一个惊人的数量，源源不断的汽车尾气也在不断的向空气中排放，其中汽车排放的污染物主要包括一氧化碳、甲醛、一氧化氮、硫化物、碳氢化合物等。它们对环境的危害主要表现在破坏臭氧层、温室效应、黑雨、酸雨等；而对人体的危害主要表现为严重损害呼吸系统、各种疾病、比较强的致癌性等。纳米异质结构在许多领域中具有广泛的应用前景，尤其是作为气敏传感器的重要材料用于有毒易燃易爆气体方面的检测。纳米异质结构是将不同的半导体氧化物结合在一起，从而将它们的物理化学性质的优势集于一身，提高气敏传感材料的灵敏度和选择性。

α-Fe₂O₃是一种n型半导体基础材料（Eg=2.1eV），因其宽的电导变化范围对不同的气体响应特性而被广泛应用于气敏传感器领域。不同形貌的α-Fe₂O₃纳米结构对一些易挥发性气体以及有毒气体（如甲醇、乙醇、甲醛、苯、甲苯、丙酮等）显示出较好的选择性以及灵敏度。但传统的α-Fe₂O₃气敏传感器具有工作温度高、响应恢复时间长、灵敏度较低等缺点。为了进一步的提高α-Fe₂O₃纳米材料的灵敏度和选择性，常用的方法主要包括贵金属掺杂（Au、Ag）、负载金属氧化物(TiO₂、SnO₂)等。ZnO由于热稳定性高、成本低、以及电子迁移率高等优点，广泛应用于气敏领域。将ZnO与α-Fe₂O₃结合在界面处形成n-n型异质结，因两种金属氧化物费米能级不同，形成电子耗尽层，将有利于吸附还原性气体，增强气敏响应。

金属有机骨架化合物是由不同种类的金属离子与有机配体通过配位键形成的立体的网络结构材料，其骨架具有柔韧性。以MOFs为模板经高温煅烧合成的多孔金属氧化物材料，具有多孔结构、比表面积高等优点，能够吸附更多的氧气分子，改变材料的导电性。因此基于MOFs材料为自牺牲模板法合成双金属异质结构为合成其它双金属氧化物结构材料提供了新的路线，同时也拓展了MOFs模板法合成双金属氧化物异质结构上的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MOF模板合成ZnO负载α-Fe₂O₃纳米异质结构的气敏元件的方法。该合成方法通过以MOF模板合成了双金属氧化物复合多孔异质结构，进而制备出高灵敏度、稳定性好、成本低的实用性半导体型气敏传感器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于MOF模板合成ZnO负载α-Fe₂O₃纳米异质结构的气敏元件的方法，具体合成步骤如下：