【摘 要】
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车辆尾气中的NOx会造成严重的环境污染,选择性催化还原(SCR)技术通过喷射尿素水溶液进而分解生成NH3来还原NOx,但其喷射过多造成的“氨泄漏”同样后果严重,因此有必要在SCR下游设置合适的传感器来检测NH3浓度。在众多类型传感器中,混合电位型固体电解质传感器因为结构简单、适应性好、传感性能优异而具有非常广阔的应用前景。因此,研究氨气敏感材料的形态与氨气传感器的结构,进而提高对NH3传感性能具有
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车辆尾气中的NOx会造成严重的环境污染,选择性催化还原(SCR)技术通过喷射尿素水溶液进而分解生成NH3来还原NOx,但其喷射过多造成的“氨泄漏”同样后果严重,因此有必要在SCR下游设置合适的传感器来检测NH3浓度。在众多类型传感器中,混合电位型固体电解质传感器因为结构简单、适应性好、传感性能优异而具有非常广阔的应用前景。因此,研究氨气敏感材料的形态与氨气传感器的结构,进而提高对NH3传感性能具有重要意义。本文采用自蔓延高温燃烧合成法(SHS)合成纳米In2O3氨气敏感材料,研究了纳米In2O3的NH3传感特性,探究了敏感电极参数和制备工艺对传感性能的影响。本文的主要研究工作如下:首先通过实验确定了In2O3敏感电极氨气传感器的最佳工作温度为550℃。进一步分析包括敏感电极层厚度及煅烧温度在内的敏感电极参数对NH3传感性能的影响,通过正交实验发现104.20μm厚的敏感电极,经900℃煅烧处理后具有最佳的NH3传感性能,灵敏度达到了-64.20 m V/decade。其次通过在敏感电极煅烧前引入不同比例的YSZ或石墨来探究敏感电极形态与NH3传感性能的关系,发现YSZ的引入虽未提升灵敏度,但可显著增大响应电势值。表征发现随着稳定剂YSZ含量的增加,In2O3晶粒生长受到的抑制逐渐增强。其中引入30%YSZ(摩尔分数)的In2O3氨气传感器灵敏度为-61.25 m V/decade,且对NH3的响应电势值最为显著,其对10ppm NH3的响应电势值为-100.46m V,是同样试验条件下未引入YSZ传感器样品响应电势值的1.64倍。相比之下,引入石墨煅烧形成的In2O3氨气传感器对NH3的响应电势与灵敏度均不佳,说明In2O3敏感电极中孔隙过多不利于对NH3的传感检测。本文进一步研究了引入30%YSZ的In2O3氨气传感器对各种干扰性气体的传感性能,发现CO及NO2存在一定的干扰性。为提高传感器对NH3的选择性,其一从敏感电极角度出发,通过在In2O3敏感电极层上引入Ag,不仅将NH3灵敏度提高至-68.20 m V/decade,而且显著抑制了CO的干扰性,也在一定程度上减弱了NO2的影响。其二从设计参比电极角度考虑,选择不同比例Cu O与Fe2O3混合物作为参比电极,研究发现搭配金属氧化物参比电极可更有效减弱NO2的干扰。
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