Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法及其產品和應用技術

本發明專利技術公開了一種Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法，利用苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物作為軟模板，將親水性的硝酸鋅與共聚物中的PEO相結合、疏水性的(1,5?環辛二烯)二氯化鉑與PS相結合，從而有效的將Pt負載在ZnO表面，制備得到了Pt負載ZnO氣敏納米材料。本發明專利技術的優點在于：該發明專利技術制備的Pt負載ZnO氣敏納米材料純度高、結晶性好，具有較大的比表面積和較大的孔徑，且內部孔道高度連通；負載的Pt納米顆粒尺寸均一、分布均勻，顯著提高了ZnO納米材料的氣敏響應。

Preparation, Products and Applications of Pt-loaded ZnO Gas Sensitive Nanomaterials

The invention discloses a preparation method of Pt-loaded zinc oxide gas-sensing nanomaterials, which uses styrene ethylene oxide block copolymer as soft template, combines hydrophilic zinc nitrate with PEO in the copolymer, hydrophobic platinum dichloride (1,5 -cyclooctadiene) with PS, thus effectively loads Pt on the surface of zinc oxide to prepare Pt-loaded zinc oxide gas-sensing nanomaterials. The invention has the advantages of high purity, good crystallinity, large specific surface area, large pore diameter and high connectivity of internal channels; uniform size and uniform distribution of the loaded PT nanoparticles, which significantly improves the gas sensitive response of the ZnO nanomaterials.

【技術實現步驟摘要】
Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法及其產品和應用
本專利技術涉及一種金屬氧化物納米材料的制備領域，尤其是Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法及其產品和應用。
技術介紹
氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶(3.37eV)的多功能n型的無機半導體材料，室溫激發帶隙相當高(60meV)，通常具有六方纖鋅礦晶體結構，容易產生缺陷和進行雜質摻雜。ZnO的電阻率會隨表面吸附氣體種類和濃度的不同而發生變化，這種性質可以用來檢測氣體的成分和濃度。ZnO對氧化性氣體、還原性氣體(如H2S、H2等)、有毒氣體(如NH3等)都具有一定的敏感性能。但是，單一ZnO作為氣體傳感器靈敏度和選擇性仍不能滿足很多探測環境的要求，需要進一步改善。貴金屬元素(如Au、Pd、Pt和Ag)在氣敏反應過程中作為催化劑能夠提供表面活性點，并優先吸附某種或某類目標氣體分子，從而有效提高響應值和選擇性，因此負載貴金屬是提高半導體氣敏傳感器響應性能的重要方法。而以往負載貴金屬的方法步驟較多，難以控制材料的孔徑以及孔通道，且負載的貴金屬納米顆粒易團聚。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術目的在于提供一種Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法。本專利技術的再一目的在于：提供一種上述方法制備的Pt負載ZnO氣敏納米材料的產品。本專利技術的又一目的在于：提供一種上述產品的應用。本專利技術目的通過下述方案實現：一種Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法，其特征在于，利用苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物作為軟模板，利用親水性的硝酸鋅與共聚物中的PEO相結合，疏水性的(1,5-環辛二烯)二氯化鉑與PS相結合，有效的將Pt負載在ZnO表面，包括如下步驟：(1)將苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5h，得到溶液A；(2)將六水合硝酸鋅溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10min以后加入(1,5-環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度<30%)，再在40℃下加熱24h去除溶劑，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，將其于氮氣氛下熱處理，以1℃/min升溫至350℃并保持3h，再以5℃/min升溫至500℃并保持1h，最后在空氣中進行熱處理，以5℃/min升溫至500℃并保持30min，即可得到Pt負載ZnO氣敏納米材料。本專利技術利用兩性聚合物作為軟模板，合成了Pt負載ZnO氣敏納米材料，有效的控制了材料的孔徑及比表面積，且防止了Pt納米顆粒的團聚，提供了一種高效的氣敏傳感器材料的合成方法。其中，步驟(1)所述PS-b-PEO中，PS的聚合度為180，PEO的聚合度為114，PS-b-PEO的Mw為24000，PDI=1.15。步驟(1)所述PS-b-PEO的質量為0.8~1.2g。步驟(1)所述四氫呋喃的質量為4~6g。步驟(2)所述六水合硝酸鋅的質量為0.3~0.5g。步驟(2)所述乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中乙醇：乙酰丙酮體積比=2：1。步驟(2)所述乙醇和乙酰丙酮的混合溶液的質量為1~1.5g。步驟(3)所述(1,5-環辛二烯)二氯化鉑為0.001~0.003g。本專利技術提供一種Pt負載ZnO氣敏納米材料，根據上述任一所述方法制備得到。本專利技術提供一種Pt負載ZnO氣敏納米材料在氣敏傳感器中的應用。本專利技術的優點在于：該專利技術制備的Pt負載ZnO氣敏納米材料純度高，結晶性好，具有較大的比表面積和較大的孔徑，且內部孔道高度連通；負載的Pt納米顆粒尺寸均一，分布均勻，顯著的提高了ZnO納米材料的氣敏響應。附圖說明圖1為本專利技術的Pt摻雜ZnO氣敏納米材料在200℃對CO氣體的動態響應曲線，其中，圖1a是Pt摻雜ZnO氣敏納米材料對不同濃度CO氣體響應的電壓變化；圖1b是Pt摻雜ZnO氣敏納米材料對不同濃度CO氣體的響應值，其最低響應限達到1ppm，100ppm下對CO響應值達到32。具體實施方式實施例1(1)將1g苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于6g四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5h，得到溶液A；(2)將0.3g六水合硝酸鋅溶于1.2g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1體積比)中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10min以后加入0.003g(1,5-環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度<30%)，再在40℃下加熱24h去除溶劑，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，將其于氮氣氛下熱處理(以1℃/min升溫至350℃并保持3h，再以5℃/min升溫至500℃并保持1h)，最后在空氣中進行熱處理(以5℃/min升溫至500℃并保持30min)，得到Pt負載ZnO氣敏納米材料。圖1為本專利技術的Pt負載ZnO氣敏納米材料對CO氣體的動態響應曲線，其中，圖1a是Pt摻雜ZnO氣敏納米材料對不同濃度CO氣體響應的電壓變化，圖1b是Pt摻雜ZnO氣敏納米材料對不同濃度CO氣體的響應值。實施例2(1)將0.5g苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于5g四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5h，得到溶液A；(2)將0.4g六水合硝酸鋅溶于1g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1體積比)中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10min以后加入0.002g(1,5-環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度<30%)，再在40℃下加熱24h去除溶劑，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，將其于氮氣氛下熱處理(以1℃/min升溫至350℃并保持3h，再以5℃/min升溫至500℃并保持1h)，最后在空氣中進行熱處理(以5℃/min升溫至500℃并保持30min)，得到Pt負載ZnO氣敏納米材料。實施例3(1)將0.8g苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于4g四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5h，得到溶液A；(2)將0.4g六水合硝酸鋅溶于1.5g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1體積比)中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10min以后加入0.001g(1,5-環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度<30%)，再在40℃下加熱24h去除溶劑，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，將其于氮氣氛下熱處理(以1℃/min升溫至350℃并保持3h，再以5℃/min升溫至500℃并保持1h)，最后在空氣中進行熱處理(以5℃/min升溫至500℃并保持30min)，得到Pt負載ZnO氣敏納米材料。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法，其特征在于，利用苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物作為軟模板，將親水性的硝酸鋅與共聚物中的PEO相結合、疏水性的(1,5?環辛二烯)二氯化鉑與PS相結合，從而將Pt負載在ZnO表面，包括如下步驟：(1)將苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS?b?PEO)溶于四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5?h，得到溶液A；(2)將六水合硝酸鋅溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10?min以后加入(1,5?環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度

【技術特征摘要】
1.一種Pt負載ZnO氣敏納米材料的制備方法，其特征在于，利用苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物作為軟模板，將親水性的硝酸鋅與共聚物中的PEO相結合、疏水性的(1,5-環辛二烯)二氯化鉑與PS相結合，從而將Pt負載在ZnO表面，包括如下步驟：(1)將苯乙烯環氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于四氫呋喃(THF)中并攪拌0.5h，得到溶液A；(2)將六水合硝酸鋅溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并攪拌0.5h，得到溶液B；(3)將溶液A與溶液B混合，攪拌10min以后加入(1,5-環辛二烯)二氯化鉑(Pt(cod)Cl2)并攪拌10min；(4)將(3)所得溶液轉移至培養皿中，在25℃下蒸發24h(濕度<30%)，再在40℃下加熱24h去除溶劑，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，將其在氮氣氛下熱處理，以1℃/min升溫至350℃并保持3h，再以5℃/min升溫至500℃并保持1h，最后在空氣中進行熱處理，以5℃/min升溫至500℃并保持30min，即可得到Pt負載ZnO氣敏納米材料。2.根據權利要求1所述的制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何丹農，葛美英，孫健武，盧靜，尹桂林，金彩虹，
申請(專利權)人：上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31