共沉淀法制备的CuGa2O4及其气敏性能

第

35 1期2019 1 月无机化 学学报

CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY

Vol.35 No.1 59-64

共沉淀法制备的

CuGa 204及其气敏性能

高翠苹

1

汪艳

1

储向峰梁士明！?

2

高奇

1

李学

1

安徽工业大学化学与化工学院，马鞍山

243032)

(2临沂大学材料科学与工程学院，临

沂

276005)

摘要：采用共沉淀法制备了

CuG22〇4粉体，采用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X 射线光电子能谱(XPS)等对CuG22〇4粉体

进行了表征。研究了热处理温度和PH Q CuG22〇4粉体气敏性能的影响，实验结果表明热处理温度为800 "，pH=6.00(热处理4 h)条件下制备出的CuGa2〇4粉体，在室温下(18±2)"对三甲胺(TMA)具有较好的气敏选择性和较高灵敏度，对1 000 !L.L q1的 TMA 的灵敏度达到310.1，响应和恢复时间分别约为590和80 s ，对1 !L*Lq1的TMA 的灵敏度可达到1.3。关键词：

CuGa2〇4;气敏性能；共沉淀法；三甲胺中图分类号：0614.121; O614.37+1 文献标识码：A 文章编号：

1001-4861(2019)01-0059-06

DOI ： 10.11862/CJIC.2019.005

Preparation and Gas-Sensing Properties of CuGa204 by Co-precipitation Method

GAO Cui-Ping 1 WANG Yan 1 CHU Xiang-Feng *，1 LIANG Shi-Ming *，2 GAO Qi 1 LI Xue 1

((School of Chemistry and Chemical Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan, Anhui 243032, China)

(^School of M aterials Science and Engineering, Linyi University, Linyi, Shandong 276005, China)

Abstract ： CuGa 2O 4 powders were prepared by co-precipitation method and characterized by X-ray diffraction

(XRD)? scanning electron microscope (SEM)? X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)? etc. The effect of heat treatment temperature and pH on the gas sensing properties of CuGa 2O 4 powders was investigated. The results indicated that CuGa 2O 4 powders prepared by calcining at 800 " for 4 h and pH=6.00 exhibited good gas sensing selectivity and high sensitivity to trimethylamine (TMA) at room temperature (18±2) The responses to 1 000and 1 (xL-L "1 TMA reached 310.1 and 1.3? respectively, and the response and recovery times for 1 000 ^L-L "1 TMA were 590 and 80 s.

Keywords: CuGa 2O 4; gas sensing properties; co-precipitation method; trimethylamine

引言

为气敏

被大量的报道，研究中现

体在

，灵敏度较低、选择性不好、

电

大等。

，人

现具有

结的

(AB 2O 4)有良好的气敏特性g 1h 。Singh 等g 2h 通

-法 的 ZnFe2O4在室温下对

气

(LPG)有很好的气敏性能。R ao 等g 3h 通过喷雾热解法

制备Cu2+掺杂的纳米NiFe 2O 4，发现j(@/@) Cu2+掺

NiFe2O4 了 对乙醇的灵敏度

了

温度。

，

有 的报道， 有 CuGa2O4气敏 -

的

较少。本实验室C hu P g 4h 通过共沉淀法制备

了 NiGa 2O 4 粉体，发现在600 "热处理6 h

卜到 的

NiGa 2O 4 在 室 温 下 和 413 "

下

对

收稿日期：2018-07-04。收修改稿日期：2018-10-19。国家自然科学基金(No.61671019)资助项目。

.通6联系人。E-mail:maschem@,lsmwind@

60无机化学学报第35卷

TMA 和乙醇具有较.的灵敏度。Chen 等[5]通过.能 球磨法制备了 ZnGa204粉体,发现在240 !下对N02 表现出较好的选择性和灵敏度。Satyanarayana 等*6+ 采用传统的固相法制备的ZnGa /〇4粉体在320 !下 对LPG 有较好的选择性。Biswas 等通过溶胶-凝胶 法合成的纳米CuGa /〇4在350 !下分别对H2、NH ! 和LPG 具有最大的灵敏度，但其选择性较差且工作

温度较高。以上文献表明，材料的气敏性能与材料 的制备方法和制备条件密切相关，为了提升

CuGa 2〇4材料的气敏选择性和降低工作温度，本文

用共沉淀法制备CuGa 2〇4粉体，并研究了材料对 TMA 等7种 气体的气敏性能，发现所制的材料对TMA 有较好灵敏度和选择性。

1

实验部分

1.1试剂

(株洲市鸿旭实业有限公司、AR)，硝酸

(溧阳东方学试有公司、AEG ，酸(溧阳市 东方学试有公司、AR)， 合酸（上

学试有公司、AE)， (学试有 司、AE)，无乙（ 学试有 司、AE)， ( 制)。

1.2 C u G a 204 的制备

硝酸

溶的制

等*8+的专利中

硝酸的制方法

$ 3 mL 硝酸 100 mL

烧杯中，再加入9 i

L 浓盐酸，混

150 mL

， 3.133 4 g 粉加入上 ， 5 min ， 10m L 去离子水，将温度 90!， 3.2 h 即可得到透

明的硝酸溶

。

Cu 2+和Ga 3"物质的量之比为1#2制备CuGa 2〇4

粉体。 的CuS 〇4*5H 2〇 制备好的

硝酸 溶 ，

其充分溶，用

溶

溶液的沉淀

〇H

， ，

淀用

、无乙 6

， (80!) 12 h ， 体，将体充分研磨备用。 体分别于700、800

和900 !热处理4 h CuGa 2〇4粉体（升温 10

! • min -1)。

1.3气敏元件的制作及气敏测试装置

取适 CuGa 204粉体

研钵

，并加入适量

的粘

（聚乙烯），分研磨后，其均匀地涂在

AI 2O 3管的外壁上，制成旁热式气敏元件(图1a)，Ni-

C r 丝作为 丝穿插在AI 2O 3管内，焊接好的气敏元件如图1b 示，测气敏性能的 装置如图1t

所示。通过 丝两端功率来控制工作温度，元件的灵敏度S

义为：

SuR a /R g

("a 、"g 分别为元件在空气中和被测气体中的稳定

阻

）。

图

1气敏元件及测试实验装置图

Fig.1 Schematic illustration of sensor structure and diagram of experimental setup

1.4材料的测试表征

0.154 056 nm)，工作电压为40 kV ，电流为30 mA ，使用X 射线衍射仪(Bruker D8 Advance)对材 扫描范围为10%〜80%，扫描速率为15 !• min-1。通过 料的相组成

了分析，以

Cu 为辐射源(A=

扫描电显微镜观察材料的微观结构(SEM ，

Hitachi