[发明专利]一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法及应用

说明书

一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法及应用，本发明涉及一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法及应用。本发明的目的是为了解决电阻型室温NO₂气体传感器灵敏度低、响应速率慢、选择性和稳定性差的问题，本发明方法为：一、采用碳化活化法制备汉麻秆碳模板；二、采用水热法结合高温煅烧法以制备HBG/SnO₂复合材料；三、采用化学气相沉积法制备HBG/S‑SnO₂复合材料，复合材料用于检测NO₂气体。解决NO₂气体传感器灵敏度低、响应速率慢、选择性和稳定性差等关键性问题，作为NO₂气敏材料展现出了优异的气敏性能。本发明应用于纳米复合材料合成及气体传感器技术领域。

技术领域

本发明涉及一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法及应用。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是典型的大气污染气体，广泛存在于汽车尾气、工厂电厂排放物中，严重破坏生态环境伤害人类健康。因此，研发具有卓越性能的NO₂气体传感器，实现NO₂的检测和监控意义重大。电阻型半导体气体传感器是利用半导体材料作为敏感元件，通过检测电阻随待测气体含量改变而变化工作。由于成本低廉、结构简单、操作方便，占有较大市场份额。电阻型气体传感器由敏感元件、转换元件及检测器件组成。敏感元件是由高活性气敏材料制成的涂层。气敏材料性能的提升是电阻型气体传感器发展的关键。

半导体金属氧化物，如：SnO₂、ZnO、WO₃等气敏材料具备灵敏度高、成本低等优点，普遍应用于电阻型NO₂气体传感器生产。但是，此种传感器在检测气体时操作温度高，一般为100℃左右、低温灵敏度低、选择性和稳定性差等缺点限制了此类材料发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决电阻型室温NO₂气体传感器灵敏度低、响应速率慢、选择性和稳定性差的问题，提供一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法及应用。

本发明一种汉麻秆生物质石墨烯基硫掺杂氧化锡复合气敏材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、采用碳化活化法制备汉麻秆碳模板

将汉麻秆粉碎，用去离子水清洗，干燥，然后将清洗干燥后的汉麻秆放入真空管式炉，在N₂气氛保护下，以2～10℃/min的升温速率升至450-550℃，恒温碳化2-2.5h；将碳化得到的汉麻秆碳与的KOH水溶液混合，然后升温至85-95℃，搅拌直至水分蒸干，干燥，得到碱处理后的汉麻秆碳；将碱处理后的汉麻秆碳放入真空管式炉中，在N₂气氛保护下，以2～10℃/min的升温速率升至650-750℃,恒温活化2～4h，然后冷却至室温，再用蒸馏水清洗至pH为中性，在干燥，得到汉麻秆碳模板；

二、采用水热法结合高温煅烧法以制备HBG/SnO₂复合材料

将SnCl₂·2H₂O和柠檬酸钠溶解在溶剂中，搅拌至溶液变得清澈，得到Sn的前驱体溶液；将步骤一制备的汉麻秆碳模板，与Sn的前驱体溶液混合，静置，然后转移入水热反应釜，在160～200℃下反应7.5-8.5h，得到复合前躯体；分别用蒸馏水和乙醇清洗复合前驱体，干燥，然后在马弗炉中经过高温煅烧，获得HBG/SnO₂复合材料；溶剂为去离子水和无水乙醇按体积比1：1的比例混合而成；

三、采用化学气相沉积法制备HBG/S-SnO₂复合材料