锡酸锌的合成及其三乙胺气敏性能研究_陈佳明.pdf

2023年第07期（2023年07月）No.0 7 2 0 2 3183黑河学院学报JOURNAL OF HEIHE UNIVERSITYdoi：10.3969/j.issn.1674-9499.2023.07.054三乙胺(TEA)作为挥发性有机物，应用于各行各业。TEA在20挥发非常迅速，能够快速达到对人体有害的浓度。该物质还可能对中枢神经系统造成影响1。到目前为止，人们探索了多种方法对TEA的检测和监测，包括凝胶色谱技术、电化学分析和比色法。这些方法虽然精度高、稳定性好，但检测过程复杂、检测周期长、设备昂贵。因此，半导体传感器因其成本低廉、制造简单、响应快等优点，成为监测TEA的主要检测方法2。Zn2SnO4作为n型半导体氧化物，具有较宽禁带(3.6eV)。因此，Zn2SnO4在半导体传感器应用广泛。Chen等3合成了花朵状Zn2SnO4多级结构材料。在最佳工作温度380时，对乙醇气体有较好的响应。Yang等4合成了Zn2SnO4空心立方体在260对丙酮气体有较好的响应。与此同时，Yang等5合成的空心球多级结构材料，在200时对丙酮气体有较好的响应。但目前还没有Zn2SnO4用于检测TEA气体。因此，将Zn2SnO4用于TEA气体的检测具有深远意义。本文中，利用水溶剂热法制备了类海胆状Zn2SnO4，通过600高温煅烧后得到的产物制备成传感器，该传感器对TEA有较好的响应，最佳工作温度为160，当TEA气体浓度为100ppm时，其灵敏度达到26.04，且具有良好的选择性。1 实验部分1.1 材料的制备所有药品均为分析纯级别。1mmol SnCl45H2O，2mmol Zn(NO3)26H2O与8mmol NaOH溶解在20ml去离子水与10ml乙二胺中，搅拌30min，将上述混合物转移至反应釜中，200反应24h。冷却至室温后，将白色沉淀用去离子水洗涤至中性后60烘干。烘干后产物600煅烧2h得到最终的锡酸锌材料。1.2 材料的表征及测试仪器热重分析(TG)采用热重分析仪(TG/DTA6300,Perkin Elmer)在空气气氛下进行测试。x射线衍射仪(XRD,Rigaku TTR III)观察产物的晶体结构。扫描电镜(SEM,JSM-6480,JEOL)对材料的形貌进行表征。1.3 传感器的制备与气敏测试将产物与乙醇按照一定比例混合制备成浆料，均匀涂抹在Al2O3陶瓷管上，烘干，并将其焊接在六角底座上。之后将一个Ni-Cr电阻丝作为加热器穿过陶瓷管焊接在底座上。本文采用商用NMDOG多功能精密传感器分析测试仪进行测试，且本实验采用静态配气法进行测试。通过微量注射器量取定量的待测液体充入到测试瓶中，然后用空气配平测试瓶。传感器的灵敏度S=Ra/Rg(Ra为空气中电阻，Rg为测试气体中稳定时的电阻)。2 结果与讨论2.1 材料的表征图1 (a)前驱体的T G 曲线；(b)煅烧前后材料的X R D 谱图如图1a所示，对反应后白色产物进行TG分析，结果表明材料在到达平台时有4.62%的损失，这是由于该材料表面存在吸附水和有机溶剂。因此，该材料在空气气氛下600煅烧2h去除表面杂质。从煅烧前后产物的XRD(图1b)谱图可知，煅烧后产物与前驱体的衍射峰的位置相同，均与标准卡锡酸锌的合成及其三乙胺气敏性能研究陈佳明历亳(黑河学院 理学院，黑龙江 黑河 164300)摘 要：三乙胺(T E A)目前在工业上应用较广，其作为挥发性有机物，有强烈的刺激性气味且易燃，严重威胁到人们的生命安全，因此，需要对其进行及时有效的监测。采用水-溶剂热法合成出类海胆状Z n2S n O4材料，对其进行T G、X RD、S E M等表征，并将其制备成传感器。该传感器的最佳工作温度为1 6 0 ，1 0 0 p p m T E A 气体的灵敏度为2 6.0 4，且具有较好的选择性。关键词：Z n2S n O4；三乙胺；形貌；气敏性能中图分类号：O6 4 6.2 1 文献标志码：A 文章编号：1 6 7 4-9 4 9 9(2 0 2 3)0 7-0 1 8 3-0 2收稿日期：2 0 2 3-0 5-1 7 基金项目：2 0 1 9 年度黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目“钼氧簇衍生的碳化钼基纳米材料及其电催化性质研究”(G r a n t N o.2 0 1 9-K Y Y WF-0 4 5 6)作者简介：陈佳明(1 9 9 0)，男，黑龙江五常人，实验师，主要从事化学研究；历亳(1 9 8 8)，女，黑龙江巴彦人，讲师，博士，主要从事电化学传感器研究。2023年第07期（2023年07月）No.0 7 2 0 2 3184自然科学研究片(JCPDS：46-1068)吻合，且煅烧后产物衍射峰更强。图2 前驱体(a)与煅烧产物(b)的S E M图如图2所示，前驱体是由大量海胆状微球构成。煅烧后海胆状微球维持原有形貌。由于海胆状微球表面是由针状物组成，针尖相互之间交错，表面空隙较大，从而提供了更多的活性位点，这更有利于气敏性能的测试。2.2 气敏性能测试图3 (a)不同温度下海胆状Z n2S n O4传感器的灵敏度图；(b)传感器在1 6 0 时对不同气体的灵敏度图图3a为不同温度下煅烧后海胆状Zn2SnO4对100ppm TEA气体的灵敏度曲线。由图3可知，当温度达到160时，该传感器灵敏度达到最大值，其灵敏度达到26.04。因此，海胆状Zn2SnO4最佳工作温度为160。图3b为传感器在160时对100ppm的甲醇(CH3OH)、三乙胺(TEA)、苯(C6H6)、丙酮(C3H6O)、乙醇(C2H5OH)的灵敏度柱状图，该传感器对以上五种气体的响应值分别为4.24、26.04、1.87、1.83、9.42。这说明该气体传感器对三乙胺(TEA)最敏感，乙醇(C2H5OH)次之，对于甲醇(CH3OH)、苯(C6H6)、丙酮(C3H6O)三种气体均比较差。并且根据选择性系数(SA/B)的计算方法可以得出三乙胺气体对其余四种气体的选择性系数分别为7.07、16.02、16.37、3.18。以上实验结果表明锡酸锌传感器在160时对于三乙胺气体有着良好的气敏性和选择性。3 结论通过水热-溶剂热方法制备的类海胆状Zn2SnO4经过高温煅烧后具有较好的结晶度，且形貌均一。通过该材料制备的传感器在最佳工作温度160时表现出较好的气敏性能。100ppm TEA气体的灵敏度为26.04，且具有较好的选择性。参考文献：1C.D.Natale,R.Paolesse,E.Martinelli,R.Capuano.Solid-State Gas Sensors for Breath Analysis:A RreviewJ.Anal.Chim.Acta,2014(824);J.Liu,M.Dai,T.Wang,P.Sun,X.S.Liang,G.Y.Lu,K.G.Shimanoe,N.Yamazoe.Enhanced Gas Sensing Properties of SnO2 Hollow Spheres 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TEA,and its optimum working temperature is 160.Key words:Zn2SnO4;triethylamine;appearance;gas-sensing property 责任编辑：李慧慧