[发明专利]制备ZnO@ZIF-8复合物的方法、ZnO@ZIF-8复合物和气敏传感器

说明书

制备ZnO@ZIF‑8复合物的方法，其包括：(1)混合醋酸锌甲醇溶液和氢氧化钠甲醇溶液，得到含有Zn(OH)₂的悬浊液，然后将玻璃基片在所述含有Zn(OH)₂的悬浊液中浸泡5min；(2)将浸泡过的玻璃基片取出，置于350℃下退火30min；(3)混合硝酸锌水溶液和六次甲基四胺水溶液，形成混合溶液；(4)将步骤(2)中处理过的玻璃基片与步骤(3)的混合溶液一并置于高压反应釜，在100℃下进行水热反应，使氧化锌生长在玻璃基片上；(5)配制N,N‑二甲基甲酰胺和去离子水的混合溶液，加入2‑甲基咪唑并搅拌均匀，形成混合液；(6)将步骤(4)的玻璃基片置于反应釜内胆，倒入步骤(5)的混合液，80℃下水热反应3h，使ZIF‑8生长在氧化锌表面，得到所述ZnO@ZIF‑8复合物。

技术领域

本发明涉及制备ZnO@ZIF-8复合物的方法、ZnO@ZIF-8复合物和气敏传感器，尤其是制备微米级胶囊状ZnO@ZIF-8复合物的方法，所述ZnO@ZIF-8复合物和气敏传感器可应用于电气设备绝缘在线监测与故障诊断领域。

背景技术

金属氧化物半导体材料具有对多种气体敏感、成本低廉、响应快速等优点，因此成为了当今的研究热点。ZnO是最具代表的金属氧化物之一，纯的氧化锌虽对多种气体普遍敏感，但响应值不高、选择性差、检测极限低，因此需要通过掺杂、复合等方式对纯氧化锌进行改性处理。

金属有机骨架化合物(MOF)是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，类沸石咪唑酯骨架材料(ZIF)就是其中的一种。ZIF-8因具有超高的孔隙率、巨大的比表面积、稳定性极好等优点成为了类沸石咪唑酯骨架材料的代表。ZIF-8的孔径尺寸为能够使小直径气体分子顺利通过，而将大分子气体或污染物阻隔在外面，因此可用于提高气敏材料选择性、稳定性。此外，ZIF-8可通过将金属氧化物作为提供金属源的模板与2-甲基咪唑快速合成，在合成中将会由于晶格错位形成更多的缺陷，缺陷数量的增加意味着材料表面会有更多的吸附氧，而吸附氧是氧气参与气敏反应必须转换的中间形态，最终灵敏度得以提高从而提高其灵敏度。

目前，Drobek和Wu分别制备了ZnO@ZIF-8的纳米线/棒，这些新型的复合材料相比于纯的氧化锌选择性大大提高，但灵敏度普遍偏低，无法满足变压器油中溶解H₂的检测需求。此外，稳定性和使用寿命是当前制约半导体气敏传感器投入实际生产使用的另一难题。

参考文献：

[1]M.Drobek,J.H.Kim,M.Bechelany,et al(2016)MOF-Based MembraneEncapsulated ZnO Nanowires for Enhanced Gas Sensor Selectivity,ACSAppl.Mater.Interfaces 8:8323-8328.

[2]X.Wu,S.Xiong,Z.Mao,et al(2017)A Designed ZnO@ZIF-8Core–ShellNanorod Film as a Gas Sensor with Excellent Selectivity for H₂over CO,Chem.Eur.J 23:7969–797.

发明内容

针对灵敏度低、稳定性差、易中毒失效的问题，本发明提供了一种制备微米级胶囊状ZnO@ZIF-8复合物的方法，利用该方法制备的微米级胶囊状ZnO@ZIF-8复合物具有选择性好、稳定性高、抗中毒等优点。