[发明专利]一种片状ZnO的制备方法及其在气相色谱检测器中的应用

说明书

本申请公开了一种片状ZnO的制备方法，包括以下步骤：a)将含有Zn²⁺和配体的溶液，反应，得到前驱体；b)将所述ZIFs前驱体煅烧，得到所述片状ZnO；其中，所述前驱体为层状二维多孔材料。以及将其用在便携式气相色谱检测器上的方法。

技术领域

本发明属于纳米材料的合成及其应用领域，尤其涉及一种气相色谱半导体检测器气敏材料的制备与应用。

背景技术

目前，便携式的气相色谱检测器的研制获得了长足的发展，至今已经出现了多种可以用于便携式气相色谱的小型检测器，包括固态热导检测器(SSD)，利用不同物质具有不同的导热系数进行检测，该检测器使用范围广，对大多数永久气体及污染物都有响应，但是它的灵敏度一般，较难实现ppb级浓度的检测，另外热导检测器通常需要高纯的氢气或氦气作为载气。而氢火焰离子化检测器(FID)作为一种最常见的气相色谱检测器，具有灵敏度高，线性范围宽以及检测范围广的特点被广泛使用，但是它同时需要氢气和洁净的空气才能工作，不利于便携式应用。除此之外，火焰的尺寸也会影响离子化效率，从而对灵敏度产生影响。而另一种光离子化检测器(PID)，虽然不需要额外气体，且检测灵敏度较高，但是却受限于光离子源的能量以及对不同的物质有不同的电离效率进而导致不同的响应，且水分子会破坏盐窗。

半导体金属氧化物由于其具备合成简单，成本低廉以及灵敏度高等特点，已经被广泛应用于各种气体检测中。Seiyama等人最先尝试使用基于ZnO膜的传感器作为气相色谱检测器代替常规检测器，虽然取得了较高的灵敏度，但是响应和恢复时间较长。从那以后，也有关于半导体作气相色谱检测器的报导，但是仍然存在一些问题，如峰展宽和峰拖尾现象明显，不能满足色谱检测对响应速度的基本要求。我们实验室此前也研究了以In₂O₃作为检测气相色谱检测器材料，通过对检测器结构的优化以减小死体积，进而缩短响应和恢复时间并降低峰展宽，得到了较好的检测效果(Sensors and Actuators B2015,216,511–517)。在此基础上，我们希望通过合理的材料设计，有目的地合成不同形貌的半导体材料，将其应用在气相色谱检测器上以消除色谱峰拖尾以及展宽的现象。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种二维ZIFs材料的合成以及将其用在便携式气相色谱检测器上的方法。

ZIFs材料作为MOFs家族的一员，具有性质稳定，合成便捷，比表面积大以及孔结构规整可调等特点。但是，ZIFs通常是以三维纳米颗粒形式存在，而在煅烧过程中由于高温的作用，三维的纳米颗粒容易发生聚集，形成块状的结构。而与之相比，二维的ZIFs材料层内存在较强的平面内相互作用，层与层之间存在弱的范德华作用力，因此扩散势垒相比三维ZIF更低，使得活性位点与待测组分产生良好的的相互作用。综上所述，将二维ZIFs材料用于气相色谱检测器是一个可行的尝试，有利于减小峰展宽以及峰拖尾现象。其较高的灵敏度以及理想的色谱峰信号使其有望在便携式色谱检测器中得到良好的应用。

所述片状ZnO的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将含有Zn²⁺和配体的溶液，反应，得到前驱体；

b)将所述ZIFs前驱体煅烧，得到所述片状ZnO；

其中，所述前驱体为层状二维材料。

可选地，步骤a)中所述前驱体为ZIFs材料。

可选地，步骤a)中所述配体为咪唑类配体；

所述咪唑类配体选自2-甲基咪唑、苯并咪唑，咪唑-2-甲醛中的任一种。

可选地，步骤a)中所述Zn²⁺的来源为锌盐；

所述锌盐选自硝酸锌、醋酸锌、氯化锌中的至少一种。

可选地，步骤a)中所述溶液的溶剂选自水、甲醇、乙醇中的至少一种。