一种基于MOFs衍生的Zn-Fe氧化物异质结纳米复合材料及其应用

本发明属于气敏传感材料，具体涉及基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料及其应用。

背景技术：

1、三乙胺(triiethylamine, tea)作为挥发性有机化合物之一，广泛应用于催化剂、有机溶剂及抗菌剂等领域，同时由于其优异的理化性能，也被大量用于化学实验中。然而tea具有强烈的刺鼻气味和毒性，对人体皮肤、呼吸系统及中枢神经系统等都可能造成很大危害。当一定浓度的tea暴漏于明火、强氧化剂或高温时甚至会引起爆炸，对工业生产及日常生活安全存在很大威胁。因此快速且准确的实时监测tea浓度至关重要，对于tea传感器材料的研发也迫在眉睫。

2、目前，对tea气体的检测开发并报道了多种方法，包括电化学分析法、气/液/固色谱法、导电聚合物传感器及发光气体传感器等。这些检测方法虽然稳定性好、精度高，但由于其高成本、步骤繁琐及检测周期长等问题，限制了tea气体检测方面的实际应用。基于金属氧化物半导体（mos）纳米结构的电阻式传感器因其成本低、制备工艺简单、便携及传感器性能优异而备受关注。铁基氧化物半导体材料是当前研究较多的mos材料之一，纳米材料由于其极大的比表面积和极小的微观尺寸容易产生体积效应、量子效应、表面隧穿效应等特殊效应，从而导致纳米材料的理化性质和常规宏观材料相比发生较大变化，这也使得纳米化的铁基氧化物半导体有光催化、磁性材料及气敏传感材料等多方面用途。

3、金属有机框架（mof）本身或其衍生物的形式被广泛认为是一种很有前途的气敏材料，可应用于各种应用。而由于单个mof的组成结构、形貌单一，限制其先进性能及应用。近年来，以mof为模版，通过经济简单的水热、共沉淀等方法退火处理合成的mofs衍生物材料具有的优良性质而被持续研发中。而大多数情况，两个或多个mof衍生复合材料可以用相似的晶体拓扑结构成功构建，从而形成异质结晶体结构。为实现更优异的气敏，mof作为模板而衍生的mos功能材料纳米异质结构外延生长的简单、经济、可行的研究策略仍具有很大挑战性。此外金属离子浓度与有机配体比等可对mof结构进行合理设计，同时mofs原子/离子迁移、删除的过程及其中氧原子的缺乏等会使mofs引入更多氧空位，从而使得mos气敏传感器具有更优异的气敏性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为提高现有气敏传感器综合性能，而提供一种基于mofs衍生的zn-fe氧化物异质结纳米复合材料及其应用。

2、基于mofs衍生的zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，它是由下述方法制备的：

3、1）将4～6mmol氨基对苯二甲酸与2～4mmolfecl3·6h2o溶于80～100ml二甲基甲酰胺溶液中；

4、2）在持续的磁力搅拌下，将80～100ml乙醇溶液滴加入步骤1）溶液中，搅拌均匀后移入反应釜，加热反应后分别用酒精和水离心、洗涤，得到fe-mof前驱物；

5、3）将步骤2）中0.01g～0.1gfe-mof前驱物与0.01g-0.1gpvp溶于10ml甲醇溶液中，混匀后加入0.01～1.08g zn (no3)2·6h2o搅拌均匀；

6、4）将2～4mmol对苯二甲酸溶于10～30ml二甲基甲酰胺与0～20ml二甲基亚砜混合溶液中，搅拌均匀；

7、5）将步骤4）制备的对苯二甲酸溶液缓慢滴加入3）步骤制备的溶液中，搅拌均匀静置45min后，移入反应釜加热反应收集白色产物，分别用乙醇和水离心、清洗，烘干后以3～6℃/min升温至450～550℃退火2-4h得到mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料。

8、步骤1）所述氨基对苯二甲酸4.5～5.5mmol、fecl3·6h2o3～3.5mmol、二甲基甲酰胺85～95ml。

9、步骤2）所述乙醇溶液与步骤1）所述二甲基甲酰胺溶液体积比为1:1。

10、步骤2）所述加热反应温度80～90℃、保温时间10～14h。

11、步骤3）所述fe-mof前驱物与pvp质量比为1:1。。

12、步骤4）所述二甲基甲酰胺与二甲基亚砜溶液体积比为2:1。

13、步骤5）所述加热反应温度120～140℃、保温时间2～6h。。

14、步骤5）所述升温速率为5℃/min,升温至500℃退火3h。

15、步骤3）所述fe-mof前驱物与硝酸锌的质量比为2:1、1:1.6、2:5、1:7.2、1:1.08。

16、三乙胺传感器的制备方法，包括：权利要求1所述的基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料加入去离子水，研磨成糊状后均匀地涂在带有电极的陶瓷板面上，阴干后在80～220℃温度下，恒温加热8-12h。

17、所述基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料在气敏方面应用，所述气体为三乙胺。

18、本发明提供了一种基于mofs衍生的zn-fe氧化物异质结纳米复合材料及其应用，所述的zn-fe氧化物纳米复合材料制备流程包括：1）将氨基对苯二甲酸与 fecl3·6h2o溶于二甲基甲酰胺溶液中；2）在持续的磁力搅拌下，将乙醇溶液滴加入步骤1）溶液中，混匀后移入反应釜，加热反应后离心洗涤，烘干得到fe-mof前驱物； 3）将步骤2）的前驱物与pvp溶于甲醇溶液中，混匀后加入zn (no3)2·6h2o搅拌均匀；4）将对苯二甲酸溶于二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶液中；5）将步骤4）制备的对苯二甲酸溶液缓慢滴加入3）步骤制备的溶液中，混匀静置45min后，移入反应釜加热反应收集白色产物，分别用乙醇和水离心、清洗，烘干后退火得到mofs衍生fe-zn氧化物气敏材料。提供了利用fe-mof为模板以及后续的zn-mof退火工艺制备mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料新思路。结果表明，本发明制备的mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料基三乙胺气体传感器，对挥发性有机物三乙胺敏感性能良好，具有响应速度快、灵敏度高、工作温度低和选择性好等特点。

技术特征：

1.一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，它是由下述方法制备，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤1）所述氨基对苯二甲酸4.5～5.5mmol、fecl3·6h2o3～3.5mmol、二甲基甲酰胺85～95ml。

3.根据权利要求2所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤2）所述乙醇溶液与步骤1）所述二甲基甲酰胺溶液体积比为1:1。

4.根据权利要求3所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤2）所述加热反应温度80～90℃、保温时间10～14h。

5.根据权利要求3所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤3）所述fe-mof前驱物与pvp质量比为1:1。

6.根据权利要求4所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤4）所述二甲基甲酰胺与二甲基亚砜溶液体积比为2:1。

7.根据权利要求5所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤5）所述加热反应温度120～140℃、保温时间2～6h；

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料，其特征在于：步骤3）所述fe-mof前驱物与硝酸锌的质量比为2:1、1:1.6、2:5、1:7.2或1:1.08。

9.权利要求1所述的一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料在制备检测三乙胺传感器方面的应用。

10.权利要求9所述的应用，其特征在于：将一种基于mofs衍生zn-fe氧化物异质结纳米复合材料加入去离子水，研磨成糊状后均匀地涂在带有电极的陶瓷板面上，阴干后在80～220℃温度下，恒温加热8-12h，得mofs衍生zn-fe氧化物基检测三乙胺气体传感器。

技术总结本发明公开了一种基于MOFs衍生的Zn‑Fe氧化物异质结纳米复合材料及其应用，将氨基对苯二甲酸与FeCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O溶于二甲基甲酰胺溶液中；将乙醇溶液滴加入上述溶液中，混匀后移入反应釜，加热反应后离心洗涤，烘干得到Fe‑MOF前驱物；将前驱物与PVP溶于甲醇溶液中，混匀后加入Zn(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O搅拌均匀，得前驱物溶液；将对苯二甲酸溶于二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶液中；滴加入前驱物溶液中，移入反应釜加热反应收集白色产物，离心、清洗，烘干后退火得到MOFs衍生Fe‑Zn氧化物气敏材料。提供了利用Fe‑MOF为模板以及后续的Zn‑MOF退火工艺制备MOFs衍生Zn‑Fe氧化物异质结纳米复合材料新思路。该材料对三乙胺敏感性能良好，具有响应速度快、灵敏度高、工作温度低和选择性好等特点。技术研发人员：杨天野,李盼盼,李承锋,于少源,朱航受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13