鎂摻雜鐵酸鑭氣敏材料及其制備方法和用途技術

本發明專利技術提供了一種鎂摻雜鐵酸鑭納米氣敏材料及其制備方法和用途。鎂摻雜鐵酸鑭納米氣敏材料是Ｍｇ２＋摻雜的ＬａＦｅＯ３納米材料，可表示為Ｌａ（１－ｘ）ＭｇｘＦｅＯ３，其中Ｍｇ２＋的摻雜量為０．０５～０．３；Ｌａ（１－ｘ）ＭｇｘＦｅＯ３是直徑為１０００～２０００ｎｍ的微球，并且表面附著有３００～６００ｎｍ的小顆粒。本發明專利技術以硝酸鐵、硝酸鑭、檸檬酸和硝酸鎂為原料，采用溶膠凝膠法合成氫氧化鑭和氫氧化鐵前驅體，再經研磨、干燥、煅燒，得到鎂摻雜鐵酸鑭納米材料。該氣敏材料對一氧化氮具有高的靈敏度，可用于一氧化氮氣體傳感器的制備。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鎂摻雜鐵酸鑭氣敏材料及其制備方法。該氣敏材料對一氧化氮具 有高的靈敏度，可以用于制作一氧化氮氣體傳感器。
技術介紹
鐵酸鑭鈣鈦礦型稀土金屬氧化物是一種P型半導體，整個結構可視為Fe06八面體 在三維空間共角頂聯接而成，La3+位于Fe06八面體圍成的空隙中央，配位數為12，通常情況 下，其結構為空間群Pm3m的簡單立方結構。其功能可以通過對La、Fe位元素的摻雜來實 現。LaFe03具有良好的巨磁電阻效應，催化性能和氣敏性能，因而具有巨大的應用價值。鐵酸鑭的制備方法主要有固相法、液相法和氣相法。其中液相法由于制備方法簡 單、設備簡易、形貌結構可控而備受關注。液相法又可以分為共沉淀法、微乳液法、水熱法、 溶膠凝膠法、模板法等不同方法。溶膠凝膠法因其在粒度控制、合成工藝和成本等方面的優 勢被研究人員廣泛采用。大量研究證明鐵酸鑭稀土氧化物為基體的氣敏元件具有廉價、選擇性優良和穩 定性好的特點，適合檢測多種氣體。基于該類材料的堿土金屬摻雜能改善其氣敏性能。文獻 Sensors and Actuators B, Chemical 104 (2005) 312-316 中 Peng Song 等人在鐵酸鑭的鑭位中摻雜Pb2+，明顯的提高了傳感器對乙醇的敏感性能。研究表明摻雜 物質對鐵酸鑭有化學敏化和電子敏化的作用。但是靈敏度較低，穩定性也較差。文獻 Sensors and Actuators B, Chemical 131 (2008) 290-294 中 S. V. Jagtap 等人在鐵酸鑭的鑭位中摻雜Pb2+，鐵位中摻雜m2+，明顯的提高了傳感器對H2S的敏感性能。 研究表明摻雜物質對鐵酸鑭有化學敏化和電子敏化的作用。但是反應所得產物的顆粒形 狀不是很規則，團聚嚴重。文獻 Sensors and Actuators B, Chemical 129 (2008) 53-58 中 Xing Liu 等人 在鐵酸鑭的鐵位中摻雜Mg2+，明顯的提高了傳感器對乙醇的敏感性能。研究表明摻雜物質 對鐵酸鑭有化學敏化和電子敏化的作用。但是我們也不難發現制備過程復雜、反應時間較 長，勢必會限制該方法的廣泛應用。本專利技術受參考文獻的啟發，通過選擇合適的方法，制備了 Mg2+摻雜鑭位的微 球，并檢測其對一氧化氮的氣敏性能，此Mg2+摻雜鑭位的微球及其對一氧化氮氣敏性能的 檢測未見資料報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種Mg2+摻雜鐵酸鑭氣敏材料及其的制備方法。本專利技術的另 一目的是提供該氣敏材料的應用，該氣敏材料對一氧化氮具有較高的靈敏度，可以用于制 作一氧化氮氣體傳感器。本專利技術提供的鎂摻雜鐵酸鑭氣敏材料，其通式為La(1_x)MgxFe03，其中x代表Mg2+的 摻雜量，x = 0. 05 0. 0. 3 ；La(1_x)MgxFe03是直徑為1000 2000nm的微球，并且表面附著有300 600nm的小顆粒。本專利技術采用溶膠凝膠法制備鎂摻雜鐵酸鑭微球材料，該具體制備步驟如下將硝酸鐵、硝酸鑭、硝酸鎂溶于去離子水中，再加入檸檬酸配成混合溶液，使混合 溶液中硝酸鑭硝酸鎂硝酸鐵檸檬酸的摩爾比為0.95 0.7 0.05 0.3 1 2 4 ；然后向該混合溶液中加入濃度為20g L—1表面活性劑溶液，表面活性劑的加入量按表面 活性劑與混合溶液的摩爾比為1 10-15 ；再于75-85°C水浴中攪拌使其生成溶膠；將溶膠 轉至高壓釜中，在130 150°C下反應10 12小時，再于馬弗爐中700-850°C下燒結2 4h，得到目的產物La(1_x)MgxFe03 ；所述的表面活性劑是分子量為2000-20000的聚乙二醇(PEG)。取上述制備的固體粉末，采用X射線衍射儀(XRD)進行成分和晶體結構分析，測試 條件銅靶Ka輻射U = 0. 15406nm)，掃描速率10° /min。測試結果如圖1，對圖1分析我 們可以發現圖中基線較為平穩，峰型高，窄而尖銳，強度較強，(100)，(110)，(111)，(200)， (210)，(211)，(220)，(221)，(310)，(311)，(222)晶面均為 LaFe03 晶體的特征晶面，衍射 峰位置和相對強度與PDF#75-0541基本一致，空間點群為Pm-3m(221)，證明制備的產物是 具有正交晶系鈣鈦礦結構的鐵酸鑭。產物的形貌是將固體粉末分散到乙醇后，用一次性滴管滴加到載玻片上，利用掃 描電子顯微鏡(JEOL JSM-7401)觀察粒子的尺寸形貌和分散情況。結果如圖2，圖2為實施 例1樣品的SEM圖。對圖2分析可以看出產物均為規則的球體，表面有不規則小孔，體積較 小，平均粒徑為1500nm，產物分散性良好，形貌均勻。圖3是Laa_x)MgxFe03對一氧化氮氣敏性能測試結果，由圖3看出其摻雜Mg2+后的 材料的氣敏性能比不摻雜的有明顯提高，可以用于制作一氧化氮氣體傳感器。本專利技術的有益效果是1.本專利技術所采用的制備方法，過程簡便、容易操作，易于實 現工業生產，該方法制備的結構的La(1_x)MgxFe03微球結構未見文獻報道。2.所制備的鎂摻 雜鐵酸鑭納米納米氣敏材料可用于一氧化氮敏感氣敏元件的制備。所制備的氣敏元件對一 氧化氮的氣敏性能比沒有摻雜Mg2+的純鐵酸鑭氣敏性能有大幅度提高。附圖說明圖1是實施例1產物的XRD2是實施例1產物的SEM3是La(1_x)MgxFe03材料和LaFe03材料對lOOppm —氧化氮的氣敏性能圖。其 中a為未摻雜鎂的LaFe03, b為實施例1合成的La0.95Mg0.05Fe03, c為實施例2合成的 La。.95MgQ.Q5Fe03，d 為實施例 3 合成的 La(1.#gQ.2Fe03，e 為實施例 4 合成的 Laa 7MgQ. 3Fe03。具體實施例方式實施例1將硝酸鎂、硝酸鑭、硝酸鐵和檸檬酸按照摩爾比0.95 0.05 1 2溶于去離子 水中。并加入質量濃度為ZOg*!/1聚乙二醇溶液(2000)，于80°C水浴中攪拌該溶液，生成 溶膠。將溶膠轉至130°C高壓釜中，反應12小時。最后馬弗爐中800°C下燒結4h，得到目的 產物 La(1.95Mga(15Fe03。4實施例2將硝酸鎂、硝酸鑭、硝酸鐵和檸檬酸按照摩爾比0.9 0. 1 1 2. 5溶于去離子 水中。并加入質量濃度為ZOg*!/1聚乙二醇溶液(6000)，于80°C水浴中攪拌該溶液，生成 溶膠。將溶膠轉至130°C高壓釜中，反應12小時。最后馬弗爐中800°C下燒結4h，得到目的 產物 LauMguFeOy實施例3將硝酸鎂、硝酸鑭、硝酸鐵和檸檬酸按照摩爾比0.8 0.2 1 3溶于去離子水 中。并加入質量濃度為ZOg*!/1聚乙二醇溶液(10000)，于80°C水浴中攪拌該溶液，生成溶 膠。將溶膠轉至130°C高壓釜中，反應12小時。最后馬弗爐中800°C下燒結4h，得到目的產 物 La0.8Mg0.2Fe03。實施例4將硝酸鎂、硝酸鑭、硝酸鐵和檸檬酸按照摩爾比0.7 0.3 1 4溶于去離子水 中。并加入質量濃度為ZOg*!/1聚乙二醇溶液(20000)，于80°C水浴中攪拌該溶液，生成溶 膠。將溶膠轉至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎂摻雜鐵酸鑭納米氣敏材料的制備方法，具體制備步驟如下：將硝酸鐵、硝酸鑭、硝酸鎂溶于去離子水中，再加入檸檬酸配成混合溶液，使混合溶液中硝酸鑭∶硝酸鎂∶硝酸鐵∶檸檬酸的摩爾比為０．９５～０．７∶０．０５～０．３∶１∶２～４；然后向該混合溶液中加入濃度為２０ｇ.Ｌ↑［－１］表面活性劑溶液，表面活性劑的加入量按表面活性劑與混合溶液的摩爾比為１∶１０－１５；再于７５－８５℃水浴中攪拌使其生成溶膠；將溶膠轉至高壓釜中，在１３０～１５０℃下反應１０～１２小時，再于馬弗爐中７００－８５０℃下燒結２～４ｈ，得到目的產物Ｌａ↓［（１－ｘ）］Ｍｇ↓［ｘ］ＦｅＯ↓［３］；所述的表面活性劑是分子量為２０００－２００００的聚乙二醇（ＰＥＧ）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭廣生，張曉雪，顧福博，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]