[发明专利]一种MOF衍生的NiO-Co3

说明书

本发明为一种MOF衍生的NiO‑Co₃O₄丙酮气体传感器的制备方法。该方法采用沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF‑67)，通过退火得到纯Co₃O₄材料，以该材料作为基底材料，利用醋酸镍为复合剂，反应后经过焙烧，涂覆到陶瓷管表面经烤干灯烤干，得到气体传感器。本发明得到的材料粉体具有比表面积大、晶粒分布均匀等特点。所制得的传感器对丙酮具有选择性好，工作温度低，灵敏度高等优点。

技术领域:

本发明属于一种气敏传感器件，适用于对丙酮具有高选择性的低工作温度(65-105℃)NiO-Co₃O₄气敏传感器。

背景技术:

丙酮不仅是实验室和工业生产车间最常使用的有机试剂之一，同时也是合成多种有机物质的常用原料。然而丙酮会对人的肝、肾和胰腺造成一定程度的损害，长期接触丙酮会使人产生眩晕、有灼热感、咽喉刺激、咳嗽等症状。医学报告显示糖尿病患者呼出的丙酮浓度(1.8ppm)高于健康人(0.3～0.9ppm)，可用作糖尿病早期监测依据。材料安全数据表明，空气中丙酮浓度达到2.5-12.8％时可能引起爆炸或火灾，而且根据食品工业中肉类释放的丙酮气体浓度，可以确定肉类的新鲜度。但是，国内研制的丙酮传感器存在选择性差，工作温度高，检测下限高等缺点。而金属氧化物半导体材料因其制备的传感器成本低、灵敏度高、工作温度相对较低、制备工艺简单等优点，逐渐引起科研人员的关注。目前市面上的金属氧化物半导体大多是以N型半导体为基底材料，但由于N型半导体自身特性使得所制备的气体传感器工作温度高，大部分在300℃以上。目前有极少数的Co₃O₄气体传感器被研究者提出，但其均是由传统的共沉淀法和水热法直接合成Co₃O₄颗粒或是阵列，所制备的材料比表面积较小且孔径较小，最终使得所制备的传感器灵敏度较低且工作温度很高。

发明内容:

本发明的目的为针对当前丙酮气敏传感器工作温度高、选择性差、稳定性低等存在的不足，提供一种MOF衍生的NiO-Co₃O₄丙酮气体传感器的制备方法。该方法采用沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)，通过退火得到纯Co₃O₄材料，以该材料作为基底材料，利用醋酸镍为复合剂，通过控制复合比例、反应温度、搅拌时间、搅拌速度等参数，使所复合的NiO大部分聚集在Co₃O₄表面，与之形成p-p异质结，另一部分NiO进入Co₃O₄的晶格中，得到复合气敏材料，经涂覆后制得气敏元件，元件克服了现有器件选择性差、工作温度较高等问题，提高了在低温下对丙酮的灵敏度。本发明得到的材料粉体具有比表面积大、晶粒分布均匀等特点。所制得的传感器对丙酮具有选择性好，工作温度低，灵敏度高等优点。

本发明的技术方案为：

一种MOF衍生的复合材料NiO-Co₃O₄丙酮气体传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)分别配制浓度为0.5-1.00mol/L的硝酸钴溶液、浓度为3-4mol/L的2-甲基咪唑溶液；两种溶液的溶剂均为甲醇；

(2)在磁力搅拌作用下，将2-甲基咪唑溶液加入硝酸钴溶液中，然后在15-25℃恒温下磁力搅拌8-12小时，得到混合液；其中，摩尔比为硝酸钴：2-甲基咪唑＝1:3-1:8；搅拌速率为800-1000rpm；

(3)在混合液中滴加醋酸镍溶液，在保证醋酸镍浓度为0.1-0.15mol/L的同时，醋酸镍的量需使溶液的pH控制在5.0-6.0范围内，随后继续搅拌8-12小时，得到紫色溶液，

(4)对反应所得的紫色溶液进行离心-洗涤2-3次，然后将材料真空干燥8-12小时，其中，洗涤时使用甲醇，干燥温度为50-80℃。