[发明专利]一种P/N异质结且快速气体传感纳米纤维素氧化锌导电杂化材料的制备方法

说明书

本发明提出了一种P/N异质结且快速气体传感纳米纤维素氧化锌导电杂化材料的制备方法，采用方法的要点是采用纤维素纳米晶(CNC)‑氧化锌(ZnO)为模板，低温酸性状态下加入导电单体，后缓慢滴加过硫酸盐，通过原位氧化聚合生成导电聚合物包覆CNC‑ZnO的杂化材料。该材料兼具CNC的高强度和生物相容性、导电聚合物的导电性，而且还拥有优异的稳定性、特定可调控异质结结构与形貌、良好的发光性以及光电转换效率。在气体传感、光催化、气敏材料、光电转换及超级电容器等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纤维素纳米晶体杂化材料的制备方法，特别涉及一种P/N异质结且快速气体传感纳米纤维素氧化锌导电杂化材料的制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

近年来，随着人类快速发展，以石油、煤炭和天然气为主的化石能源被人类大量消耗，化石能源储藏量急剧下降且不可再生甚至出现了能源危机。更为严重的是，随着化石能源的消耗，产生了大量的温室气体二氧化碳，导致了全球变暖。除此之外，社会快速发展和人民对高品质生活的要求，城市家具装修产生有毒气体、汽车有毒尾气、农产品农药小分子的传感监测日益重要，因而急需一种对气体快速传感检测的材料。

ZnO作为一种N型多功能金属氧化物半导体，因为其稳定的化学性、低廉的价格及绿色无毒的特性，在太阳能电池、生物抗菌等领域被广泛应用。除此之外，由于ZnO在室温下的禁带宽度较大可达到3.7eV以及ZnO有较多的小尺寸的纳米块，可以形成堆积、多层和孪晶结构，同时ZnO还具有较多空穴使得ZnO在气体传感领域也有良好的应用前景。 LingZhu.等人在期刊Applied Surface Science上发表的《Hydrothermal synthesis ofhierarchical flower-like ZnO nanostructureand its enhanced ethanol gas-sensing properties》文章(Appl.Surf. Sci2018,427:281-287.)介绍了ZnO对乙醇良好的气体感应。

ZnO制备成的气体传感材料缺点也很明显，对温度和环境温度的抗干扰能力较差，灵敏度较低、选择性与稳定性差。随着导电聚合物的出现，将ZnO掺杂在导电聚合物中制备复合材料，复由于ZnO与导电聚合物形成P/N异质结可以降低气体的活化能以及物理吸附焓，提高对目标气体的捕获效率，可以很好的弥补ZnO传感器的不足，更有利于气体的传感与响应。因此以ZnO为填料的导电聚合物复合材料由于其特定的P/N异质结和用于快速检测有毒气体的可调节形态而受到广泛关注。

(CN105092658A)提出由聚苯胺与氧化锌复合得到复合材料，本发明以纤维素纳米晶(CNC)-氧化锌(ZnO)为模板，通过原位氧化法将导电聚合物包覆在CNC-ZnO模板制备杂化材料，CNC作为生物高分子具有优异的生物相容性且拥有大的比表面积和可再生等优点，除此之外因为CNC表面拥有大量活性基团可以提高ZnO与导电聚合物P/N异质结生成效率以及提高杂化材料气体的响应速率。所得导电杂化材料既具有ZnO/导电聚合物的性能的同时还具有CNC的生物相容性，并已被探索用于气体传感、气敏材料与超级电容器等领域。本发明制备方法简单，绿色环保且导电杂化材料具有更大的比表面积、更稳定的导电性与结构，更好的生物相容性。CNC-ZnO导电杂化材料具有较强的加工性能，未来可在气体传感、与光敏材料和超级电容器等领域得到大力推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种P/N异质结且快速气体传感纳米纤维素氧化锌导电杂化材料的制备方法，该方法制备简单，操作简便，绿色无污染，且方便大规模生产。

一种P/N异质结且快速气体传感纳米纤维素氧化锌导电杂化材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)用适当固液比的CNC和适当浓度锌盐溶液混合，得到混合物；