[发明专利]氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料及其制备方法与应用，制备方法包括如下步骤：将金属氧化物纳米材料与氟硼酸盐溶液混合，分散均匀，在设定温度下反应设定时间，使氟硼酸根离子水解产生的氟离子扩散进入金属氧化物的晶格中，实现氟离子的掺杂；且氟硼酸根在金属氧化物表面水解，在材料表面接枝BF₃基团，得到气敏材料。氟离子的掺杂在材料表面产生缺陷，并使禁带宽度变窄，有利于气体分子在材料表面的吸附与反应。表面的BF₃基团能够通过形成氢键的方式捕获水分子，从而改善材料的湿度稳定性能。使其能够在高湿度环境下高效灵敏地对目标气体进行检测，具有优秀的实际应用价值。

技术领域

本发明属于气体敏感材料技术领域，具体涉及一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料及其制备方法与应用，该气敏材料主要用于高湿度环境下气体浓度的检测。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

工业生产向大气中排放的废气和汽车尾气是大气污染问题的主要源头之一，主要包括氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、二氧化碳以及碳氢化合物等，这些气体不仅能够引发酸雨、光化学烟雾、温室效应等环境问题，也会对人身健康产生严重威胁。

为保护生态环境和人身健康，人们采取了多种方法对这些有毒有害气体进行实时检测和监控，其中电阻型半导体气敏传感器由于其体积小、成本低、易于集成化与自动化等优点而被广泛应用。目前，电阻型半导体气敏传感器的敏感材料通常为金属氧化物材料，这类材料的气敏性能较好且易于合成，有利于实际应用。然而，在高湿度环境下这类气敏半导体材料的气敏性能受到极大的影响。气体环境中的水分子会与材料表面的氧离子发生反应，生成反应活性低的羟基并吸附在材料表面，不利于待测气体的吸附与反应。此外，在高湿度环境下，水蒸气也可能会覆盖在材料表面，影响气体与气敏材料表面的接触，不利于气敏过程的进行。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料的制备方法，包括如下步骤：

将金属氧化物纳米材料与氟硼酸盐溶液混合，分散均匀，在设定温度下反应设定时间，使氟硼酸根离子水解产生的氟离子扩散进入金属氧化物的晶格中，实现氟离子的掺杂；且氟硼酸根在金属氧化物表面水解，在材料表面接枝BF₃基团，得到气敏材料。

第二方面，本发明提供一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料，由所述制备方法制备而成，金属氧化物纳米材料的表面接枝有BF₃基团，且晶格中有氟离子掺杂。

第三方面，本发明提供所述氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料在气体检测中的应用，尤其在高湿环境下气体检测中的应用。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

(1)本发明中提供了一种氟硼酸盐改性金属氧化物气敏材料，其中氟硼酸盐的改性没有改变原金属氧化物的物相和形貌，能够保持原金属氧化物纳米材料所具有的形貌结构、比表面积等优势。同时，由氟硼酸根离子水解产生的部分氟离子扩散掺杂进入金属氧化物的晶格中，形成氟离子的掺杂，在材料表面产生缺陷，并使禁带宽度变窄，有利于气体分子在材料表面的吸附与反应；另外，部分氟硼酸根在金属氧化物表面水解，在材料表面接枝BF₃基团，表面的BF₃基团能够通过形成氢键的方式捕获水分子，从而改善材料的湿度稳定性能。使其能够在高湿度环境下高效灵敏地对目标气体进行检测，具有优秀的实际应用价值。