糖类化合物可控合成In2O3、α-Fe2O3三维组装空心/多孔气敏材料

本课题拟通过糖类化合物（蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性的单糖或二糖）辅助的水热法制备In2O3、α-Fe2O3的三维组装材料，通过改变糖的种类、用量、反应温度等参数控制产物的形貌，以期获得空心/多孔微球；探明糖类化合物的种类、用量、结构等因素在控制材料生长中的作用和异同点；检测材料的气敏性能，研究材料结构与气敏性能的关系，为研制高灵敏度气体传感器奠定基础。本项目的研究重点是明确糖类化合物在三维组装材料形成中的作用机理，总结糖类化合物控制材料合成的作用规律，在此基础上，将提供一种可控合成In2O3、α-Fe2O3空心/多孔气敏材料的新方法，该方法简单、易行、绿色，易于实现工业化生产，可为其它半导体氧化物空心/多孔材料的制备提供参考。

氧化铟（In2O3）和氧化铁（α-Fe2O3）是两种非常重要的半导体气敏材料，纳米尺度的空心/多孔结构具有大的比表面积，作为气敏材料的In2O3、α-Fe2O3空心/多孔材料的制备及其气敏性能研究在近年内成为气敏材料领域的研究热点之一。. 通常，中空/多孔In2O3/α-Fe2O3材料的制备多采用硬模板、软模板或者某些物质辅助的自组装来实现。本项研究采用可溶性的糖类化合物（蔗糖、葡萄糖等）为主要的形貌控制剂，在不同的体系、不同的反应条件下水热法可控合成了数十种尺寸不同、形貌各异的In2O3和α-Fe2O3 三维组装空心微球及多孔微球，这类材料具有非常高的比表面积，通过检测，证明材料具有良好的气敏性能。在制备过程中，通过调整阴离子的种类和糖的比例，同时获得了In2O3八面体、微米片、立方块、微米环等形貌丰富的各向异性材料。使用H2O2、尿素、EDTA等其它化学试剂，验证、比较了材料的生长机理和糖类化合物的作用机理。 . 比较In2O3和a-Fe2O3的制备，材料的生长规律为：.（1）在In3+的体系中，糖的用量较少时，阴离子是影响产物形貌的关键因素，阴离子的选择性吸附作用导致了各向异性材料的获得，并且Cl-、F-是形成立方块结构的主要因素，(SO4)2-是形成片状产物的主要因素，而NO3-基本不影响产物的形貌；当糖类化合物的用量较多时，糖在水热反应中形成大量的碳球，碳球的模板作用占主导作用而形成空心微球。并且，糖的种类基本不影响微球的形成。也就是说，In3+/糖的比例不同时，影响晶种生长的因素不同，从而影响了最后的产物形貌。.（2）在Fe3+的体系中，没有出现规则形貌的各向异性材料，从糖类化合物的少量用量开始，就起到了模板的作用，不论怎么改变反应条件，得到的产物都是空心微球或多孔微球。.（3）在两个体系中，影响产物的最大因素是金属离子/糖的比例，温度和反应时间对产物影响不大。气敏性能研究表明，多孔的空心微球相对于其他材料是对气体最敏感的材料。. 这种糖类化合物辅助的水热法制备中空/多孔材料，简单、易行、绿色，材料生长的规律极为清晰，易于实现大规模工业生产，可为其它氧化物多孔材料的制备提供参考。