氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的制备方法。

背景技术：
进入21世纪以来，人们对环境污染问题及能源短缺问题越来越关注，针对这两方面的科学研究也越来越多。氧化锌是一种常见的金属氧化物半导体，由于其在光、电、磁学等多方面的性能，氧化锌被广泛的应用于光催化剂、气体敏感材料、介电材料等领域。其中，氧化锌是气体敏感材料中重要的一类，可以对环境中有毒、有害的污染气体进行监测。但是，氧化锌气敏材料灵敏度低、工作温度高、选择性差等诸多问题也是迫切需要解决的问题。因此，研究开发氧化锌基异质结纳米材料对于提高灵敏度、降低工作温度、提高选择性等气敏性能是有效易行的方法，同样，也对空气污染监测和节约成本等工业生产过程起到至关重要的作用。文献“Y.Liu,G.Li,etal.Anenvironment-benignmethodforthesynthesisofp-NiO/n-ZnOheterostructurewithexcellentperformanceforgassensingandphotocatalysis.SensorsandActuatorsB:Chemical,2014,191,537-544.”报道了采用两步化学合成法制备了氧化镍/氧化锌异质结纳米材料，先将六水硝酸锌与氢氧化钾混合反应12h制备氧化锌纳米材料作为载体，然后将氧化锌分散到六水硝酸镍与尿素的混合溶液中反应48h，最后在400℃煅烧3h得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。其反应过程复杂，反应时间长达60h，同时，对其气敏性能进行了检测，结果显示其工作温度较高为330℃，且对100ppm的丙酮气体的灵敏度为12，其工作温度偏高，灵敏度较低不利于实际应用。

技术实现要素：
为了克服现有方法制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料灵敏度低的不足，本发明提供一种氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的制备方法。该方法将四水乙酸镍、六水硝酸锌和氢氧化钠配成的混合溶液，以一步水热法合成氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体，然后在300～400℃煅烧1～3h得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料，其反应步骤由背景技术的两步减少为一步，反应时间由背景技术的60h减少为12h；同时，经气敏性能测试，本发明制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料气敏传感器工作温度由背景技术的330℃降低至200℃；而且，对100ppm的丙酮气体其灵敏度由背景技术的12提高到15～17。本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将四水乙酸镍:六水硝酸锌:氢氧化钠按摩尔比1:4:10～1:19:40完全溶解在蒸馏水中，磁力搅拌10～20min，使其成为均匀澄清的溶液；步骤二、将步骤一中所得溶液转移至高压反应釜密封在80～100℃加热反应6～18h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50～70℃烘干6～10h，得到氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体；步骤三、将步骤二制得的氧化镍/氧化锌预烧粉体在马弗炉中进行煅烧，升温速率为3～8℃/min，煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为1～3h，得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。本发明的有益效果是：该方法将四水乙酸镍、六水硝酸锌和氢氧化钠配成的混合溶液，以一步水热法合成氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体，然后在300～400℃煅烧1～3h得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料，其反应步骤由背景技术的两步减少为一步，反应时间由背景技术的60h减少为12h；同时，经气敏性能测试，本发明制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料气敏传感器工作温度由背景技术的330℃降低至200℃；而且，对100ppm的丙酮气体其灵敏度由背景技术的12提高到15～17。下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。附图说明图1是本发明实施例1～3所制备氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的X射线衍射图谱。图2是本发明实施例2所制备氧化镍/氧化锌异质结纳米材料扫描电镜图片。图3是本发明实施例2所制备氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的气敏元件暴露在100ppm的丙酮蒸汽中工作温度与灵敏度的响应恢复曲线。图4是本发明实施例1～3所制备氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的气敏元件在200℃时暴露在100ppm的丙酮蒸汽中的灵敏度对比图。具体实施方式以下实施例参照图1-4。实施例1：步骤一、将四水乙酸镍：六水硝酸锌：氢氧化钠按摩尔比1:4:10完全溶解在蒸馏水中，磁力搅拌10min，使其成为均匀澄清的溶液；步骤二、将步骤一中所得溶液转移至高压反应釜密封在80℃加热反应18h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50℃烘干10h，得到氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体；步骤三、将步骤二制得的氧化镍/氧化锌预烧粉体在马弗炉中进行煅烧，升温速率为3℃/min，煅烧温度为300℃，煅烧时间为3h，得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。从图1(a)的X射线衍射图谱可以看出实施例1制备的样品为氧化镍与氧化锌的复合相，其中在衍射角为43度的(200)晶面为氧化镍的特征衍射峰。从图4可以看出实施例1制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料在200℃时暴露在100ppm的丙酮蒸汽中的灵敏度由背景技术的12提高到15。实施例2：步骤一、将四水乙酸镍：六水硝酸锌：氢氧化钠按摩尔比1:9:20完全溶解在蒸馏水中，磁力搅拌15min，使其成为均匀澄清的溶液；步骤二、将步骤一中所得溶液转移至高压反应釜密封在90℃加热反应12h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中60℃烘干8h，得到氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体；步骤三、将步骤二制得的氧化镍/氧化锌预烧粉体在马弗炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，煅烧温度为350℃，煅烧时间为2h，得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。从图1(b)的X射线衍射图谱可以看出实施例2制备的样品为氧化镍与氧化锌的复合相。从图2中可以看出实施例2制备的氧化锌为梭状结构，其直径分布为100～200nm，氧化镍纳米颗粒均匀分散在氧化锌表面组成氧化镍/氧化锌异质结。从图3中可以看出实施例2制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料在不同温度下对100ppm丙酮气体有不同的响应曲线，其中在工作温度为200℃时有最大的灵敏度，说明本实施例制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料气敏元件的工作温度由背景技术的330℃降低至200℃。从图4可以看出实施例2制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料在200℃时暴露在100ppm的丙酮蒸汽中的灵敏度由背景技术的12提高到17。实施例3：步骤一、将四水乙酸镍：六水硝酸锌：氢氧化钠按摩尔比1:19:40完全溶解在蒸馏水中，磁力搅拌20min，使其成为均匀澄清的溶液；步骤二、将步骤一中所得溶液转移至高压反应釜密封在100℃加热反应6h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中70℃烘干6h，得到氧化镍/氧化锌异质结预烧粉体；步骤三、将步骤二制得的氧化镍/氧化锌预烧粉体在马弗炉中进行煅烧，升温速率为8℃/min，煅烧温度为400℃，煅烧时间为1h，得到氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。从图1(c)的X射线衍射图谱可以看出实施例3制备的样品为氧化镍与氧化锌的复合相，随着氧化镍的含量减少，其衍射角在43度的特征峰强度也有所减弱。从图4可以看出实施例3制备的氧化镍/氧化锌异质结纳米材料在200℃时暴露在100ppm的丙酮蒸汽中的灵敏度由背景技术的12提高到16。本发明提供了一种氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的制备方法，具体为一步水热合成法制备氧化镍/氧化锌异质结纳米材料。该方法反应步骤简单、反应时间短，同时，氧化镍/氧化锌异质结纳米材料的气敏元件工作温度低，灵敏度提高。因此，有利于节约成本适合在工业生产中推广使用。