一种金属铂修饰的二氧化锡气敏材料及其制备方法

技术领域

本发明属于气体传感器气敏材料技术领域，具体涉及一种金属铂修饰的二氧化锡气敏材料及其制备方法。

背景技术

金属氧化物(MOX)气体传感器由于具有显著的响应性、低成本和便携性，被广泛用于检测各类气体，如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO

专利申请文件CN102041474A公开了一种新型纳米贵金属颗粒改性二氧化锡气敏材料的制备方法，该材料以贵金属粉(Ag，Au，Pt，Ru，Rh，Pd，Ir，Re中的两种或两种以上)、锡粉或贵金属与锡的合金粉末为原料，添加少量的其它元素为性能调整元素(贵金属与锡的质量分数比控制在2-10％)，在低温球磨机内进行机械合金化，制备的贵金属被锡粉包裹，形成的纳米团簇在粉体中分布均匀，将制得的复合粉末进行压制，在一定温度内进行含氧气氛烧结，控制工艺条件使得氧化物的反应合成完成，制得的贵金属以纳米颗粒分布在二氧化锡靶材内部，通过溅射或沉积制得的贵金属纳米颗粒均匀分布在二氧化锡气敏薄膜。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：以上相关技术公开的制备方法流程复杂，还需要焙烧处理，不易于工业化推广，因此需要设计出一种更简单有效的制备方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种金属铂修饰的二氧化锡气敏材料及其制备方法。

本发明实施例的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将浓盐酸、无水乙醇与二氯化亚锡混合，经过溶剂热法得到二氧化锡粉末；

(2)将所述二氧化锡粉末和氯铂酸溶液混合，经过紫外灯照射还原，得到金属铂修饰的二氧化锡气敏材料。

本发明实施例的制备方法带来的优点和技术效果为：

(1)本发明实施例以制备简单的纳米二氧化锡为基体，通过紫外灯照射还原的方法制备金属铂修饰的二氧化锡气敏材料，制备方法简单、迅速、经济，适合工业大规模生产；

(2)与传统二氧化锡气敏材料相比，本发明实施例制备的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料具有纳米级别的尺寸和丰富的活性位点和大的比表面积，具有更优良的气敏性能。

在一些实施例中，步骤(1)中，浓盐酸中的盐酸和所述二氯化亚锡的质量比为(2-3):1。

在一些实施例中，步骤(1)中，所述溶剂热法的温度为180-220℃，反应时间为3-18h。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述二氧化锡粉末和所述氯铂酸溶液中氯铂酸的质量比为93:(5-10)。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述氯铂酸溶液的浓度为0.02-0.05g/mL。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述紫外灯照射还原的时间为20min-1h。

另外，本发明实施例还提供了一种金属铂修饰的二氧化锡气敏材料，由本发明实施例的制备方法获得。

本发明实施例的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料带来的优点和技术效果为：

与传统二氧化锡气敏材料相比，本发明实施例的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料具有纳米级别的尺寸和丰富的活性位点和大的比表面积，具有更优良的气敏性能。

在一些实施例中，所述金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为100-150nm。

附图说明

图1是实施例1制备的二氧化锡粉末的XRD图和SEM图。

图2是实施例1制备的金属铂修饰二氧化锡气敏材料的SEM图和EDS图。

图3是实施例2制备的二氧化锡粉末的XRD图和SEM图。

图4是实施例3制备的二氧化锡粉末的XRD图和SEM图。

图5是实施例4制备的二氧化锡粉末的XRD图和SEM图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将浓盐酸、无水乙醇与二氯化亚锡混合，经过溶剂热法得到二氧化锡粉末；

(2)将所述二氧化锡粉末和氯铂酸溶液混合，经过紫外灯照射还原，得到金属铂修饰的二氧化锡气敏材料。

本发明实施例以制备简单的纳米二氧化锡为基体，通过紫外灯照射还原的方法制备金属铂修饰的二氧化锡气敏材料，制备方法简单、迅速、经济，适合工业大规模生产；与传统二氧化锡气敏材料相比，本发明实施例制备的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料具有纳米级别的尺寸和丰富的活性位点和大的比表面积，具有更优良的气敏性能。

在一些实施例中，步骤(1)中，浓盐酸中的盐酸和所述二氯化亚锡的质量比为(2-3):1。当该摩尔比过低时，不利于二氯化亚锡充分发生氧化反应生成二氧化锡。当该摩尔比过高时，易造成浓盐酸浪费，不仅会增加成本且会增大对环境的污染。

在一些实施例中，步骤(1)中，所述溶剂热法的温度为180-220℃，例如180℃、200℃、220℃等，反应时间为3-18h，例如3h、6h、12h、18h等。当溶剂热法的温度过低或时间过短时，不利于二氯化亚锡充分发生氧化反应生成二氧化锡。当溶剂热法的温度过高或时间过长时，不利于获得球形形貌的二氧化锡，也不利于降本增效。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述二氧化锡粉末和所述氯铂酸溶液中氯铂酸的摩尔比为93:(5-10)，例如93:10、93:9、93:8、93:7、93:6、93:5等。当该摩尔比过大时，金属Pt负载量太少，对气敏性能提升不大。当该摩尔比过小时，金属Pt负载量太多，气敏性能反而会下降。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述氯铂酸溶液的摩尔浓度为0.02-0.05g/mL，例如0.02g/mL、0.03g/mL、0.04g/mL、0.05g/mL等。当氯铂酸溶液的摩尔浓度过低时，需要的体积过大，不利于紫外灯照射还原操作。当氯铂酸的摩尔浓度过高时，不利于提高金属铂掺杂二氧化锡的均匀性。

在一些实施例中，步骤(2)中，所述紫外灯照射还原的时间为20min-1h，例如20min、30min、40min、50min、1h等。当紫外灯照射还原的时间过短时，不利于提高氯铂酸还原形成足够的金属铂。当紫外灯照射还原的时间过长时，不利于降本增效。

另外，本发明实施例还提供了一种金属铂修饰的二氧化锡气敏材料，由本发明实施例的制备方法获得。

与传统二氧化锡气敏材料相比，本发明实施例的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料具有纳米级别的尺寸和丰富的活性位点和大的比表面积，具有更优良的气敏性能，对CO气体响应较好，其他气体也有响应，如：氢气、乙醇等。

在一些实施例中，所述金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为100-150nm。

下面结合实施例和附图详细描述本发明。

实施例1

(1)二氧化锡粉末制备

将0.9mL浓盐酸(37wt％)、30mL无水乙醇与二氯化亚锡混合，浓盐酸中的盐酸与二氯化亚锡的质量比为2：1，经过溶剂热法在200℃烘箱内反应12h，得到二氧化锡粉末，该材料是球状的纳米氧化锡材料，该材料的XRD图和SEM图见图1；

(2)金属铂修饰二氧化锡

以步骤(1)制备的二氧化锡粉末为原料，加入84μL 0.033g/mL的氯铂酸溶液，二氧化锡粉末和氯铂酸溶液中氯铂酸的质量比为93:7，在365nm紫外灯照射的条件下进行30min还原，得到金属铂修饰的二氧化锡气敏材料，该材料的SEM图和EDS图见图2。该金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为100-120nm。

实施例2

本实施例中，溶剂热法反应时间为3h，其他步骤与实施例1相同。其中，步骤(1)得到球状的纳米氧化锡材料，该材料的XRD图和SEM图见图3。步骤(2)得到的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为100-120nm。

实施例3

本实施例中，溶剂热法反应时间为6h，其他步骤与实施例1相同。其中，步骤(1)得到球状的纳米氧化锡材料，该材料的XRD图和SEM图见图4。步骤(2)得到的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为100-120nm。

实施例4

本实施例中，溶剂热法反应时间为18h，其他步骤与实施例1相同。其中，步骤(1)得到球状的纳米氧化锡材料，该材料的XRD图和SEM图见图5。步骤(2)得到的金属铂修饰的二氧化锡气敏材料的粒径为120-150nm。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。