基于PS-B-P4VP模板制备原位N掺杂介孔二氧化钛及其气体传感应用研究

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环境污染是世界范围内日益关注的重要问题,以监测气体污染物浓度的气体传感器的研究引起人们广泛重视。氧化钛具有较高的氧化性、储量丰富和低成本,是重要的气体传感材料。有序大孔-介孔TiO2具有比表面积大、孔径分布均一和良好的化学稳定性等优点,在气体传感领域具有重要的应用前景。但是,TiO2的导电性差,表面吸附能力较小,使其在气体传感领域的应用受到限制。本文采用软模板剂,通过原位氮掺杂法制备不同形貌的介孔氧化钛提高其导电性和表面吸附能力,主要研究内容如下:  (1)采用可逆加成断裂链转移技术(The Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerizations,R AFT)通过控制链转移剂与单体的摩尔比合成了一系列不同相对分子质量、分子量分布的两亲型嵌段共聚物PS-b-P4VP,由凝胶渗透色谱(GPC)确定其Mn和PDI,通过结果分析优化了合成过程。  (2)以嵌段共聚物PS-b-P4VP为模板剂,在溶剂挥发诱导自组装(EISA)基础上以不同的基底(氧化硅和氯化钠晶体)并通过乙醇调节溶剂极性合成了多种形貌的介孔氧化钛,采用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征微观形貌,确定有序介孔氧化钛的制备条件。  (3)以嵌段共聚物PS-b-P4VP为模板剂,通过溶剂挥发诱导聚集自组装(EIAA)的方法,成功合成了高度有序的二维六方孔结构的TiO2单分散锐钛矿纳米颗粒。通过氮气吸附、SEM)、透射电镜(TEM)和小角射线散射(SAXS)对其结构进行了表征;并使用X射线衍射图谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV/Vis absorption spectra)和X射线光电子能谱(XPS)价态分析,探讨了氮元素的原位掺杂及其对二氧化钛性质的影响。  (4)将所制备的介孔二氧化钛材料进行器件化,以多种挥发性有机气体来表征该种N掺杂的有序介孔TiO2材料的气体传感性能,重点研究了N掺杂对丙酮气体传感性能的影响,并探讨了其可能的机理。
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