SnO2基复合气敏材料的制备及其对易挥发性有机物的检测

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随着工业化进程的不断加快,气体传感器的应用越来越广泛,常被用于大气污染物(包括S02、N02、CO等)的检测,以及生产过程中泄露气体的检测和生活中室内空气污染物的测定,并用手医疗领域中疾病的诊断等。半导体金属氧化物气体传感器因具有高灵敏度、低耗能、简易便携等优点,具有极为广阔的应用前景。气敏材料作为半导体气体传感器的核心部件,对传感器的性能起到了决定性的作用,因此在当前大力研发新型高性能半导体气体敏感材料具有重要的意义和价值,引起了极大关注。二氧化锡作为目前应用最广泛的气敏材料,具有灵敏度高、寿命长、稳定性好、耐腐蚀等优点,但同时也存在检测温度高、选择性差等缺点,亟待解决。检测温度高不仅会增大传感器的能耗,而且不适用于易燃易爆气体的检测;而选择性差则会直接影响检测结果的可靠性和准确性。基于此,本论文在前期研究和已有文献的基础上,首先可控制备出了多孔二氧化锡纳米球,然后通过第二组分氧化镍和贵金属(Au)对其表面进行了功能化修饰,制备出了新型高性能的Sn02基复合气敏材料,并用于典型易挥发有机物的检测。本文的主要研究内容如下;1、氧化镍表面修饰多孔Sn02纳米球复合气敏材料的制备,及其对甲醛的选择性检测。首先以SnCl2作为锡源用水热法制备了多孔Sn02纳米球,然后将所制备出的多孔Sn02纳米球分散在醋酸镍的乙醇溶液中,再经离心分离和高温煅烧,制备出了氧化镍修饰的Sn02基异质复合气敏材料。气敏性能测试表明,与纯的Sn02纳米球相比,该材料极大改善了对甲醛的传感性能,主要表现在对50ppm甲醛的检测温度从250℃降低到了100℃,灵敏度从6.63提高到了26.03,并且选择性明显提高等。进一步深入研究了氧化镍修饰多孔Sn02纳米球的气敏性能提高的原因,归为以下两个方面:(1)氧化镍的修饰增加了Sn02纳米球的电子消耗层;(2)氧化镍的修饰形成了P-N半导体异质结,改变了材料的费米能级。2、Au纳米颗粒修饰多孔Sn02纳米球的制备,及其对易挥发性有机物气敏性能的研究。首先用水热法制备了多孔Sn02纳米球,并用3-氨丙基三乙氧基硅烷对其表面进行了氨基功能化预修饰,然后将所制备出的多孔Sn02纳米球分散在氯金酸水溶液中,并随后经柠檬酸三钠的还原,最后制备出了Au纳米颗粒表面修饰的多孔Sn02纳米球复合气敏材料。气敏性能研究表明,由于Au的表面催化作用,与未修饰的纯组分Sn02纳米球相比较,修饰了Au纳米颗粒的Sn02纳米球对50ppm乙醇的响应值从38.8提高到了109.5,对50ppm丙酮的响应值从10.6提高到了23.8,而且对丙酮的检测温度从300℃降低到了240℃,检测限也由5ppm降低到了0.5ppm,综合气敏性能得到了大幅提升。
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