WO3基纳米材料改性及其三乙胺气敏性能研究

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随着时代的进步,和平与发展成为当今时代的主题。而工业的发展则带来了环境污染这个全球性的问题,三乙胺(TEA)作为一种化工行业常用的原料之一,有着极强的挥发性和毒性,能对人体的健康造成危害。因此,精确、快捷的检测空气中的三乙胺气体浓度具有很重要的意义。半导体气敏传感器是一种经济,便捷,快速的气体检测装置,有着很高的发展潜力。与甲醛、丙酮、甲苯等挥发性有机物(VOCs)的检测相比,三乙胺气体传感器的研究报道相对较少。气敏材料是气体传感器的核心,本论文旨以WO3为基体材料,通过构造异质结与贵金属修饰的改性方法,以获得工作温度低、选择性好、响应度高的三乙胺气敏传感材料,分析和研究WO3基气敏材料对三乙胺气体的气敏机理,以期为三乙胺传感器的实际应用和发展提供实验基础和理论依据。本论文的研究内容及结果如下:(1)通过水热合成法分别制备了纳米颗粒状WO3(NPs WO3)、纳米片状WO3(NSs WO3)和纳米花状WO3(NFs WO3)三种材料。对三种材料进行三乙胺气敏性能测试发现,NFs WO3对三乙胺有着很好的气敏性能,在240℃的最佳工作温度下,对10 ppm三乙胺的响应值达到89.2,对应的响应和恢复时间分别为28/350s。同时当三乙胺浓度低至1 ppm时,响应也能达到8.6。(2)采用金属有机框架材料(MOFs)ZIF-67作为Co3O4的前驱体,构建了p-n异质结Co3O4/WO3材料,Co的引入不仅实现了WO3中电子的快速传输,而且提供了丰富的表面活性中心和有效的气体扩散通道。其对三乙胺气敏性能测试结果表明,Co3O4/WO3对TEA具有优异的气敏性能(10 ppm时为1101,240℃),且表现出有ppb水平的检测限(50 ppb时为6)。(3)在Co3O4/WO3的基础上,成功合成贵金属Pt修饰的Co3O4/WO3基气敏材料。Pt以金属颗粒的形式存在于材料中,与Co3O4/WO3相比,其工作温度大大降低,从240℃降低到了180℃。Pt-Co3O4/WO3对10 ppm的三乙胺的响应值由1101提高到了1532,对50 ppb的响应值也在8左右,并且表现出很好的选择性。
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