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一种石墨烯‑钼酸铋钠纳米复合材料及其制备方法和应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-04-27
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-10-26
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2017-10-10
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-04-27
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610268310.0 申请日 2016-04-27
公开/公告号 CN105967235B 公开/公告日 2017-10-10
授权日 2017-10-10 预估到期日 2036-04-27
申请年 2016年 公开/公告年 2017年
缴费截止日
分类号 C01G39/00G01N27/12 主分类号 C01G39/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 9
权利要求数量 10 非专利引证数量 0
引用专利数量 3 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN103537277A、CN103623809A、CN105481017A 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 武汉工程大学 当前专利权人 田辉晖
发明人 郭雅妮、丁齐齐 第一发明人 郭雅妮
地址 湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号 邮编 430074
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 湖北省 申请人所在市 湖北省武汉市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
湖北武汉永嘉专利代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
崔友明
摘要
本发明公开了一种石墨烯‑钼酸铋钠纳米复合材料及其制备方法,其制备方法如下:先以石墨烯、硝酸铋、乙二醇为原料溶剂热反应合成石墨烯‑乙二醇铋复合物,再将石墨烯‑乙二醇铋复合物超声波震荡均匀分散在钼酸钠水溶液中,然后水热反应得到石墨烯‑钼酸铋钠纳米复合材料。本发明制备石墨烯‑钼酸铋钠纳米复合材料方法简单,反应条件温和、能耗小,所得材料为纳米级复合材料,具有很高的气敏性能,可用作乙醇、丙醇、丁醇等醇类气敏材料。
  • 摘要附图
    一种石墨烯‑钼酸铋钠纳米复合材料及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-12-11 专利权的转移 登记生效日: 2020.11.30 专利权人由武汉工程大学变更为田辉晖 地址由430074 湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号变更为510700 广东省广州市黄埔区科学城大壮国际G4栋
2 2017-10-10 授权
3 2016-10-26 实质审查的生效 IPC(主分类): C01G 39/00 专利申请号: 201610268310.0 申请日: 2016.04.27
4 2016-09-28 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种石墨烯-钼酸铋钠复合材料的制备方法,以石墨烯、硝酸铋、乙二醇为原料溶剂热反应合成石墨烯-乙二醇铋复合物,再将石墨烯-乙二醇铋复合物均匀分散在钼酸钠水溶液中,然后加入浓硝酸或浓盐酸调节pH值,最后混合物一起水热反应得到石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述石墨烯质量为硝酸铋质量的0.2-
5%。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述硝酸铋在乙二醇中的浓度为10-
100g/L。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂热反应条件为:加热至150-
180℃保温反应2-24小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述石墨烯-乙二醇铋复合物与钼酸钠的质量比为1:(1.5-1.7)。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述钼酸钠水溶液的浓度为20-100g/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述水热反应条件为:加热至150-200℃保温反应1-24小时。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,调节pH值为0-2。

9.权利要求1-8任意制备方法所得的石墨烯-钼酸铋钠复合材料。

10.权利要求9所述的石墨烯-钼酸铋钠复合材料作为气敏材料的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于纳米新材料技术领域,具体涉及一种石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 纳米钼酸铋钠(NaBi(MoO4)2)是一种具有多种优异性质和重要应用的纳米半导体新材料。其能带宽度3.1eV,化学稳定性较好,导电率较低。纳米钼酸铋钠目前主要用作光催材料,荧光材料和气敏传感器敏感材料。由于钼酸铋钠材料自身的导电率低,以其为敏感材料制作的气敏元件电阻大,测定误差大,降低材料电阻对改进其传感器性能的具有重要作用。钼酸铋钠气敏材料与传统的SnO2,ZnO等二元金属氧化物不同,其气敏特性源自于纳米晶表面晶格氧,而非表面吸附氧,因而具有显著的气敏选择性,它只对能在晶格表面有效吸附并发生催化反应的气体分子才产生气敏响应,因此新型钼酸铋钠纳米材料具有很好的选择性气敏,它通常对醇类分子,如乙醇,丙醇、丁醇具有较好的气敏特性,而对丙酮不敏感,可用于农作物发酵过程中乙醇的专项检测。
[0003] 采用掺杂复合的方法改善材料的导电性,是气敏材料性能提高的主要方法之一。石墨烯化学性质稳定,导电率高,片状结构与钼酸铋钠纳米晶片相似,可以其掺杂钼酸铋钠制备石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料获得高性能的气敏材料。目前纳米钼酸铋钠材料的研究刚刚兴趣,其制备方法主要是水热法,水热法具有反应条件温和,易于控制等优点,利用水热法也可以制备纳米复合材料。因此开发一种制备方法简单,导电率较好的纳米复合材料代替高电阻的纳米钼酸铋钠材料用作醇类选择性气敏材料具有明显的应用前景。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种简单的石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料及其制备方法,为新型选择性气敏半导体材料的发展提供一种电学性能更优异的材料。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种石墨烯-钼酸铋钠复合材料的制备方法,以石墨烯、硝酸铋、乙二醇为原料溶剂热反应合成石墨烯-乙二醇铋复合物,再将石墨烯-乙二醇铋复合物均匀分散在钼酸钠水溶液中,然后加入浓硝酸或浓盐酸调节pH值,最后混合物一起水热反应得到石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0006] 按上述方案,所述石墨烯质量为硝酸铋质量的0.2-5%。
[0007] 按上述方案,所述硝酸铋在乙二醇中的浓度为10-100g/L。
[0008] 按上述方案,所述溶剂热反应条件为:加热至150-180℃保温反应2-24小时。
[0009] 按上述方案,所述石墨烯-乙二醇铋复合物与钼酸钠的质量比为1:(1.5-1.7)。
[0010] 按上述方案,所述钼酸钠水溶液的浓度为20-100g/L。
[0011] 按上述方案,所述水热反应条件为:加热至150-200℃保温反应1-24小时。
[0012] 按上述方案,调节pH值为0-2。
[0013] 上述任意制备方法所得的石墨烯-钼酸铋钠复合材料。
[0014] 所述的石墨烯-钼酸铋钠复合材料作为气敏材料的应用。
[0015] 本发明的有益效果为:本发明以石墨烯、硝酸铋、乙二醇和钼酸钠为主要原料,采用溶剂热和水热反应制备石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料,涉及的制备工艺设备简单、温度低、能耗小,工艺简单,所得纳米复合材料产品导电率比相应的单一钼酸铋钠材料高一个数量级,以其制作的气敏元件电阻变化易于检测,传感器电路设计简单,通用性好。

实施方案

[0016] 为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0017] 以下实施例如无具体说明,采用的试剂为市售化学试剂或工业产品。
[0018] 实施例1
[0019] 一种石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0020] 1)将100g硝酸铋溶于1L乙二醇中,然后加入0.2g石墨烯粉搅拌混合均匀,得到稳定悬浊液,将此溶液转移到容积为2L的高压釜中,加热至150℃并保温24小时;待反应釜冷却至室温,过滤并用乙醇洗涤3次,然后在80℃下干燥12小时,得石墨烯-乙二醇铋粉体;
[0021] 2)取75g钼酸钠溶于750ml去离子水中,再将1)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末50g加入上述钼酸钠水溶液中,超声波震荡搅拌使其分散均匀,用浓硝酸和浓盐酸调节溶液pH值至0-2之间,然后将所得混合液转移至容积为1000mL的高压釜中,升温至200℃保温1小时,待反应釜冷却至室温,过滤后用去离子水和乙醇洗涤2次,再在100℃下干燥12小时,得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0022] 将所得的石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料用无水乙醇调制成糊状,然后将其均匀涂覆到陶瓷管电极表面,自然风干后,向陶瓷管中穿入Ni-Cr加热丝,并焊接到胶木基座上,即可制得旁热式气敏元件。将制备的气敏器件运用郑州炜盛电子科技有限公司生产的气敏元件测试系统WS-30A仪器进行气敏性能测试,所采用的测试方法为静态配气法。当工作温度为250℃时,该气敏元件空气中电阻为0.1-5兆欧,对浓度为10ppm的乙醇的灵敏度高达5,对100ppm的乙醇的灵敏度达40,1气敏响应恢复时间均小于30s,即该气敏材料对乙醇表现出非常好的气敏性能。
[0023] 实施例2
[0024] 一种石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0025] 1)将50g硝酸铋溶于1L乙二醇中,然后加入2.5g石墨烯粉搅拌混合均匀,得到稳定悬浊液,将此溶液转移到容积为2L的高压釜中,加热至180℃并保温2小时;待反应釜冷却至室温,过滤并用乙醇洗涤3次,然后在80℃下干燥6小时,得石墨烯-乙二醇铋粉体;
[0026] 2)取17g钼酸钠溶于200ml去离子水中,再将1)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末10g加入上述钼酸钠水溶液中,超声波震荡搅拌使其分散均匀,用浓硝酸和浓盐酸调节溶液pH值至0-2之间,然后将所得混合液转移至容积为300ml的高压釜中,升温至150℃保温24小时,待反应釜冷却至室温,过滤后用去离子水和乙醇洗涤5次,再在110℃下干燥4小时,得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0027] 将所得的石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料用无水乙醇调制成糊状,然后将其均匀涂覆到陶瓷管电极表面,自然风干后,向陶瓷管中穿入Ni-Cr加热丝,并焊接到胶木基座上,即可制得旁热式气敏元件。将制备的气敏器件运用郑州炜盛电子科技有限公司生产的气敏元件测试系统WS-30A仪器进行气敏性能测试,所采用的测试方法为静态配气法。当工作温度为250℃时,该气敏元件空气中电阻为0.1-5兆欧,对浓度为10ppm的乙醇的灵敏度高达5,对100ppm的乙醇的灵敏度达45,1气敏响应恢复时间均小于30s,即该气敏材料对乙醇表现出非常好的气敏性能。
[0028] 实施例3
[0029] 一种石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0030] 1)将10g硝酸铋溶于1L乙二醇中,然后加入0.2g石墨烯粉搅拌混合均匀,得到稳定悬浊液,将此溶液转移到容积为2L的高压釜中,加热至170℃并保温6小时;待反应釜冷却至室温,过滤并用乙醇洗涤3次,然后在80℃下干燥6小时,得石墨烯-乙二醇铋粉体;
[0031] 2)取8g钼酸钠400ml去离子水中,再将1)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末5g加入上述钼酸钠水溶液中,超声波震荡搅拌使其分散均匀,用浓硝酸和浓盐酸调节溶液pH值至0-2之间,然后将所得混合液转移至容积为500ml的高压釜中,升温至180℃保温4小时,待反应釜冷却至室温,过滤后用去离子水和乙醇洗涤3次,再在110℃下干燥4小时,得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0032] 将所得的石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料用无水乙醇调制成糊状,然后将其均匀涂覆到陶瓷管电极表面,自然风干后,向陶瓷管中穿入Ni-Cr加热丝,并焊接到胶木基座上,即可制得旁热式气敏元件。将制备的气敏器件运用郑州炜盛电子科技有限公司生产的气敏元件测试系统WS-30A仪器进行气敏性能测试,所采用的测试方法为静态配气法。当工作温度为250℃时,该气敏元件空气中电阻为0.1-5兆欧,对浓度为10ppm的乙醇的灵敏度达到6,对100ppm的乙醇的灵敏度达40,1气敏响应恢复时间均小于30s,即该气敏材料对乙醇表现出非常好的气敏性能。
[0033] 实施例4
[0034] 一种石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0035] 1)将10g硝酸铋溶于200ml乙二醇中,然后加入0.1g石墨烯粉搅拌混合均匀,得到稳定悬浊液,将此溶液转移到容积为300mL的高压釜中,加热至170℃并保温6小时;待反应釜冷却至室温,过滤并用乙醇洗涤3次,然后在80℃下干燥6小时,得石墨烯-乙二醇铋粉体;
[0036] 2)取8.5g钼酸钠溶于100ml去离子水中,再将1)中制备石墨烯-乙二醇铋粉末5g加入上述钼酸钠水溶液中,超声波震荡搅拌使其分散均匀,用浓硝酸和浓盐酸调节溶液pH值至0-2之间,然后将所得混合液转移至容积为200ml的高压釜中,升温至180℃保温4小时,待反应釜冷却至室温,过滤后用去离子水和乙醇洗涤3次,再在110℃下干燥4小时,得石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料。
[0037] 将所得的石墨烯-钼酸铋钠纳米复合材料用无水乙醇调制成糊状,然后将其均匀涂覆到陶瓷管电极表面,自然风干后,向陶瓷管中穿入Ni-Cr加热丝,并焊接到胶木基座上,即可制得旁热式气敏元件。将制备的气敏器件运用郑州炜盛电子科技有限公司生产的气敏元件测试系统WS-30A仪器进行气敏性能测试,所采用的测试方法为静态配气法。当工作温度为250℃时,该气敏元件空气中电阻为0.1-5兆欧,对浓度为10ppm的乙醇的灵敏度高达8,对100ppm的乙醇的灵敏度达50,1气敏响应恢复时间均小于30s,即该气敏材料对乙醇表现出非常好的气敏性能。
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