一種納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的制備方法與流程

本發明涉及一種納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的制備方法，屬于先進納米功能材料制備工藝技術領域。

背景技術：

在人類的日常生活工作環境所以及野外環境中有各種氣體,其中有許多種氣體是對人體有害或對環境有污染的。例如甲醛就是一種對人體有害的氣體,但甲醛作為一種重要的化工原料,在工業生產中仍發揮著巨大的作用,很難找到合適的替代品。因此,對這些氣體進行選擇性檢測,進而對其實施實時監控迫在眉睫。而基于半導體金屬氧化物氣體傳感器具有低功耗，價格低廉以及響應迅速等優點，是目前研究較多的一類氣體傳感器。但這類金屬氧化物半導體氣敏材料普遍存在著選擇性不好等缺點,其氣敏機理大多屬于表面控制型,即氣敏性能與表面積有較大的關系。近年來，盡管有關in2o3氣敏傳感器的研究已經取得了一定的成就，但研制高靈敏度，良好選擇性，低檢測限的in2o3氣敏傳感器仍然具有挑戰性。

in2o3具有較大的禁帶寬度，能帶間隙接近于gan，在可見光區具有低電阻率、高靈敏度、低工作溫度、低吸光率和高紅外反射率等優點。影響in2o3納米材料性能的主要因素是其結構形貌，因此當前，很多研究人員致力于控制in2o3晶體形貌生成的研究，以便以此提高其各方面的性能。近年來，歐美發達國家相繼報道了在光電薄膜領域氧化銦納米材料的應用。近年來，三維分級結構與空心結構是氣敏材料研究領域的熱點，同時具有分級結構和空心結構的氧化物納米材料將具有高的表面積和規則排列的不易發生團聚的納米孔結構，因而被認為是非常有前景的氣敏材料。但是，目前合成空心結構氧化銦大多數是用模板法，如曹陽等人以蔗糖為碳源，在通過水熱方法合成均勻分散的碳小球的基礎上，以碳小球為硬模板，采用硬模板法，通過在空氣中灼燒的方法獲得氧化銦空心小球（肖凱，王小紅，張可喜，劉鐘馨，曹陽，空心氧化銦小球的合成及其三甲胺氣敏特性的測定，chemicalengineer，2014，06，0012-04）。這種方法需要去除模板，操作復雜，且容易引入雜質。本發明利用檸檬酸作為表面活性劑，制備出了有氧化銦納米顆粒組成的空心分級氧化銦微球，由于具有空心分級結構，因而具有較大的比表面積，可以有效地提高氣敏性能。

技術實現要素：

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的制備方法。具有成本低，生產工藝簡單，產率高，無環境污染的特點。所得具有多孔結構的氧化銦氣敏材料的靈敏度得到大幅提高，可用于氣體傳感器等領域。實現本發明目的的技術方案是：一種納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的制備方法，其特征在于：以四水合三氯化銦和1，4-丁二胺為原料，以檸檬酸為表面活性劑，經水熱反應、煅燒處理，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦微球。本方法生產工藝簡單，使用廉價的表面活性劑，生產成本較低。所得氧化銦作為氣敏材料，對甲醛氣體具有良好的氣敏性能，可應用于室內甲醛氣體檢測，大氣環境監測以及食品安全等領域。具體合成步驟如下：

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.02-0.05mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.02-0.05mol/l，檸檬酸的濃度為0.02-0.05mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:(1-2)，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:(1-2)；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在180-200℃溫度下，進行水熱反應8-24h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在400-550℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。

附圖說明

圖1為納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的xrd圖譜。

圖2為納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的sem圖。

圖3為納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的tem圖。

圖4為納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦的n2吸-脫附圖。

圖5為最佳工作電壓下納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦氣敏元件對10-500ppm的甲醛氣體的靈敏度曲線圖。

圖6為最佳工作電壓下納米顆粒組成的空心分級結構氧化銦氣敏元件的響應恢復曲線圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.025mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.025mol/l，檸檬酸的濃度為0.025mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:1，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:1；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在180℃溫度下，進行水熱反應8h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在500℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。

實施例2

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.025mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.025mol/l，檸檬酸的濃度為0.025mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:1，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:1；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在180℃溫度下，進行水熱反應12h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在500℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。

實施例3

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.025mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.05mol/l，檸檬酸的濃度為0.05mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:2，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:2；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在180℃溫度下，進行水熱反應12h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在500℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。

實施例4

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.025mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.025mol/l，檸檬酸的濃度為0.025mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:1，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:1；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在200℃溫度下，進行水熱反應16h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在500℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。

實施例5

（1）稱取一定量的四水合三氯化銦、1，4-丁二胺，檸檬酸溶于40ml去離子水中，其中四水合三氯化銦的濃度為0.025mol/l，1，4-丁二胺的濃度為0.025mol/l，檸檬酸的濃度為0.025mol/l，且控制四水合三氯化銦與1，4-丁二胺的摩爾比為1:1，四水合三氯化銦與檸檬酸的摩爾比為1:1；

（2）將步驟（1）中所得混合溶液移至內襯為聚四氟乙烯的水熱反應釜中，在200℃溫度下，進行水熱反應24h，再將水熱反應后的產物利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌；

（3）將步驟（2）所得固體產物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化鋁坩堝放入馬弗爐，在500℃下熱處理3h，得到具有空心兼具分級結構的氧化銦粉體。