一种超声法掺杂Pd修饰CeO2/ZnO纳米纤维材料的制备方法及应用

本发明涉及气体传感器，具体涉及一种超声法掺杂pd修饰ce o2/zno纳米纤维材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来工业快速发展，产生的各种有毒、有害和污染气体导致空气污染严重，甚至影响了人体健康。丙酮是一种易挥发有机溶剂，在室温下容易扩散和蒸发，被人体吸入可能会产生眩晕，恶心等症状，大量吸入可能还会对人体神经系统产生较大伤害；而且丙酮蒸汽也会对人体皮肤和眼睛产生刺激。同时，有研究表明正常人体呼出的丙酮蒸汽浓度超过1800ppm，而糖尿病人呼出的丙酮蒸汽浓度只有300ppm-900ppm，所以制备高选择性低浓度丙酮传感器具有重要意义。

2、由于单一氧化物制备的气敏材料对气体的响应和选择性都有限，所以制备复合材料构建异质结来提高气体传感器性能的方法被广泛应用。例如，授权号为cn109632893的中国专利公开了一种基于p-n异质结构nio-in2o3复合纳米球的气体传感器对no2有很高的选择性；授权号为cn109107358b的中国专利公开了一种氧化铈/氧化铜异质结复合氧化物，相较于单一的氧化铜基对h2s有更好的气敏性能，可以更准确的对h2s的含量进行检测。二元材料复合可以有效提高材料的气敏性能，但是为了进一步提高传感器的选择性，可以添加其他金属构建三元材料。

3、由于电子敏化效应和溢出效应等，掺杂贵金属已成为提高材料气敏性能的常见有效方法，例如，授权号为cn208383710u的中国专利公开了一种pd掺杂zno的丙酮气体传感器，对丙酮气体检测有高灵敏度；授权号为cn114935594b的中国专利公开了一种基于fe@pt/c核壳纳米催化材料的气体传感器敏感膜及气体传感器，其制备的传感器对h2s有较高的灵敏度，灵敏度可以达到3.49ua/ppm。但是由于贵金属成本高，掺杂量较多时不利于大量生产，所以使用合适的方法高效利用贵金属，降低成本的同时有效提高气敏性能有重要意义。针对上述问题，本发明提供了一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法及应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法及应用，通过使用静电纺丝法制备ceo2/zno纳米纤维，然后通过超声法掺杂pd，进而提高对丙酮气体的选择性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，具体包括以下步骤：

3、(1)将二水合乙酸锌和醋酸铈加入n-n二甲基甲酰胺中完全溶解后，再加入聚乙烯吡咯烷酮/dmf溶液，搅拌均匀得到ce-zn溶液；

4、(2)将ce-zn溶液转移到注射器中，进行静电纺丝，收集纺好的材料并置于真空干燥箱中干燥；

5、(3)将干燥后的材料转移至方舟中，并将方舟放入马弗炉中煅烧，得到ceo2/zno复合纳米纤维材料；

6、(4)将ceo2/zno复合纳米纤维材料置于硝酸钯/dmf溶液中超声混合，得到钯盐-ceo2/zno复合材料；

7、(5)将钯盐-ceo2/zno复合材料放入h2/ar中煅烧，获得ceo2/zno-pd纳米纤维材料。

8、优选的，所述步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮、二水合乙酸锌、醋酸铈、n-n二甲基甲酰胺的质量比为1:0.8～1.2:0.8～1.2:6～10。

9、优选的，所述步骤(2)中，静电纺丝过程中，电压为13～17kv、溶液流速为0.4～0.7ml/h、纺丝接收距离为13～17cm。

10、优选的，所述步骤(2)中，真空干燥箱温度为50～80℃，保温时间为12～24h。

11、优选的，所述步骤(3)中，煅烧升温速度为1～3℃/min，煅烧温度上升至280～300℃保温1～3h，再上升至600～700℃保温1～3h。

12、优选的，所述步骤(4)中，硝酸钯/dmf溶液与ceo2/zno复合纳米纤维材料的质量比为1:500～1000。

13、优选的，所述步骤(5)中，煅烧升温速度为1～3℃/min，煅烧温度上升温度至600～700℃时保温1～3h。

14、本发明还提供了上述制得的pd掺杂修饰ceo2/zno纳米纤维材料在丙酮气体传感器中的应用。

15、因此，本发明提供了一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法及应用，具体有益效果如下：

16、(1)本发明通过使用静电纺丝法制备ceo2/zno纳米纤维，然后通过超声法掺杂pd最终制得了ceo2/zno-pd纳米纤维材料，制备方法简单，易操作；

17、(2)本发明制得的ceo2/zno-pd纳米纤维材料构建了n-p-n异质结，增强了电阻调控能力。在上述异质结中pdo是p型半导体，ceo2和zno表面电子向pdo转移，pdo中的空穴向ceo2和zno转移。pdo的表面形成电子积累层，电荷积累层上的活性电子与材料表面的吸附氧分子结合成更多的吸附氧离子，从而促进目标气体与材料上的吸附氧离子反应，从而增加传感器对丙酮蒸汽的气敏性能；

18、(3)本发明的ceo2/zno-pd纳米纤维材料是使用超声法掺杂pd，对pd有更高的利用率，可以使用较少的pd就可以对丙酮气体有较好的响应和选择性，且有较快速的响应速度和较低的检测下限。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮、二水合乙酸锌、醋酸铈、n-n二甲基甲酰胺的质量比为1:0.8～1.2:0.8～1.2:6～10。

3.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，静电纺丝过程中，电压为13～17kv、溶液流速为0.4～0.7ml/h、纺丝接收距离为13～17cm。

4.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，真空干燥箱温度为50～80℃，保温时间为12～24h。

5.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，煅烧升温速度为1～3℃/min，煅烧温度上升至280～300℃保温1～3h，再上升至600～700℃保温1～3h。

6.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，硝酸钯/dmf溶液与ceo2/zno复合纳米纤维材料的质量比为1:500～1000。

7.根据权利要求1所述的一种超声法掺杂pd修饰ceo2/zno纳米纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，煅烧升温速度为1～3℃/min，煅烧温度上升温度至600～700℃时保温1～3h。

8.根据权利要求1-6任一项所述的pd掺杂修饰ceo2/zno纳米纤维材料，其特征在于：pd掺杂修饰ceo2/zno纳米纤维材料应用在丙酮气体传感器中。

技术总结本发明公开了一种超声法掺杂Pd修饰CeO<subgt;2</subgt;/ZnO纳米纤维材料的制备方法及应用，属于气体传感器技术领域。将二水合乙酸锌和醋酸铈加入N‑N二甲基甲酰胺中溶解，加入聚乙烯吡咯烷酮/DMF溶液，得到Ce‑Zn溶液；将Ce‑Zn溶液转移到注射器中，进行静电纺丝，收集纺好的材料并置于真空干燥箱中干燥；将干燥后的材料转移至方舟中，并将方舟放入马弗炉中煅烧，得到CeO<subgt;2</subgt;/ZnO复合纳米纤维材料；将CeO<subgt;2</subgt;/ZnO复合纳米纤维材料置于硝酸钯/DMF溶液中超声混合，得到钯盐‑CeO<subgt;2</subgt;/ZnO复合材料；将钯盐‑CeO<subgt;2</subgt;/ZnO复合材料放入H<subgt;2</subgt;/Ar中煅烧，获得CeO<subgt;2</subgt;/ZnO‑Pd纳米纤维材料。本发明提供的一种超声法掺杂Pd修饰CeO<subgt;2</subgt;/ZnO纳米纤维材料的制备方法及应用，通过使用静电纺丝法制备CeO<subgt;2</subgt;/ZnO纳米纤维，然后通过超声法掺杂Pd，提高了对丙酮气体的选择性。技术研发人员：张明,陈徐倢,蔡勇受保护的技术使用者：湖南大学重庆研究院技术研发日：技术公布日：2024/4/29