【摘 要】
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随着现代科技的快速发展,大气污染问题越来越严重。其中,挥发性有机化合物(VOCs)是常见的室内外污染物,这些污染物对环境和人类生理系统造成危害。因此,研发出高灵敏度、高选择性的气体传感器对环境保护和人类健康意义重大。本文采用热解金属有机骨架法制备Mo O3材料,考察煅烧温度对材料形貌和性能的影响,并探究其形成机理。在此基础上,通过构建p-n异质结,合成Co3O4-Mo O3、Ni O-Mo O3复
【基金项目】
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国家自然基金科学项目(22165001):异质结柔性气敏材料界面调控及其室温气敏机制研究; 国家自然基金科学项目(52002088):高效界面电荷传输特性的层状异质结构气敏材料及其敏感机制研究;
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随着现代科技的快速发展,大气污染问题越来越严重。其中,挥发性有机化合物(VOCs)是常见的室内外污染物,这些污染物对环境和人类生理系统造成危害。因此,研发出高灵敏度、高选择性的气体传感器对环境保护和人类健康意义重大。本文采用热解金属有机骨架法制备Mo O3材料,考察煅烧温度对材料形貌和性能的影响,并探究其形成机理。在此基础上,通过构建p-n异质结,合成Co3O4-Mo O3、Ni O-Mo O3复合材料。研究表明,本文所制备的Mo O3及其复合材料对三乙胺气敏性能良好。具体的研究工作如下:一、以钼酸铵[(NH4)9Mo7O24·6H2O]为原料,2-甲基咪唑(C4H6N2)为模板剂,采用热解金属有机骨架法制备Mo O3材料,探究煅烧温度对其形貌和气敏性能影响,并探究其形成机理。结果表明:煅烧温度对材料的形貌及其气敏性能影响较大,当煅烧温度为300~500℃时,合成的Mo O3为尺寸约300 nm、厚度约60 nm的纳米片。煅烧温度为600~700℃时,合成的Mo O3为尺寸约10~100 um的片状结构。在煅烧温度为400℃、工作温度为350℃下,材料对100 ppm三乙胺响应时间短、稳定性强,灵敏度高达409.5。二、为提高Mo O3对低浓度三乙胺气体的灵敏度,将p型Ni O与n型的Mo O3复合,制备具有p-n异质结的Ni O-Mo O3复合材料。研究煅烧温度、Mo和Ni的摩尔比对材料气敏性能的影响。结果表明:工作温度为300℃,煅烧温度为400℃,Mo、Ni摩尔比为9:1时,Ni O-Mo O3复合材料对100 ppm三乙胺的灵敏度为1226,是Mo O3在工作温度为300℃时灵敏度(60)的20.4倍,且其对1 ppm三乙胺的灵敏度为13.06,显著提高了其对低浓度三乙胺气体的气敏响应。气敏性能增强是因为Ni O和Mo O3复合后,Ni O和Mo O3界面处形成了p-n异质结。三、为进一步提高Mo O3对低浓度三乙胺的灵敏度、降低工作温度,引入具有催化作用的Co3+,制备Co3O4-Mo O3复合材料,探究煅烧温度、Mo和Co摩尔比对材料结构和气敏特性的影响。研究发现:工作温度为250℃,煅烧温度为400℃,Mo、Co摩尔比为28:1时,Co3O4-Mo O3复合材料时表现出优越的气敏性能,对100 ppm三乙胺的灵敏度为1063,是在250℃下Mo O3灵敏度(40.9)的26倍,对1 ppm三乙胺的灵敏度为9.64,复合材料对低浓度三乙胺的气敏性能明显增强。与Mo O3相比,Co3O4-Mo O3复合材料的最佳工作温度降低了100℃。这是因为Mo O3和Co3O4复合后,在界面处形成了p-n异质结,且Co3+具有优异的催化特性,能很好地将氧分子转变成吸附氧,进而与三乙胺发生氧化还原反应。
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