铟基金属有机框架的制备及其衍生物的气敏性能研究

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在气体检测领域,金属氧化物半导体类气体传感器因制造成本低、操作灵活和设备可小型化、柔性化的优势,已经在物联网领域表现出巨大的应用潜力。In2O3是一种常用的气敏材料,具有检测气体广泛、稳定性好、功耗低和响应时间短等优异特点;但时代的发展对气敏材料的灵敏度提出了更高的要求,因此现阶段高灵敏材料的开发是一个重要的研究方向。为改善其气敏性能,通常从结构和组分两个方面来进行调节。或制备出分级、多孔、空心、一维、二维等高比表面积和高活性位点的结构,或者通过离子掺杂、金属氧化物复合等方式,利用催化作用、调节电子迁移率等特点提高传感器性能。以金属有机框架(MOF)为前驱体,烧结制备氧化物的方式在大比表面积氧化物的合成与金属离子掺杂复合等方面具有独特的优势。因此本课题中,我们分别调控MOF的形貌和组分,尝试制备具有分级结构的In2O3和多种铟镓比例的铟镓氧化物。通过气敏测试和物化表征,研究其气敏性能和气敏增强的关联性。首先,通过调控反应物浓度、比例和反应时间等参数,利用经典的溶剂热法制备出分级自组装的毛刷状氨基MIL-68(In)类MOF;以毛刷状MOF做模板,通过不同的烧结方式制备In2O3。对所制备的In2O3进行气敏测试,高温800°C烧结样品In2O3-2/800对300 ppm乙醇灵敏度只有4;而较低温度400°C烧结得到样品In2O3-2/400对300 ppm乙醇有12的灵敏度,表现出更优异的气敏性能。其次,合成不同铟镓摩尔比(10/0,8/2,,6/4,5/5,4/6,2/8和0/10)的双金属离子配位MOF,烧结制备一系列铟镓氧化物。对铟镓氧化物进行气敏测试,结果表面,铟镓比为6/4的样品(IGO-6/4)样品对同浓度乙醇高达80的灵敏度,表现出优异的乙醇传感灵敏性。与之对比,纯氧化铟(IGO-10/0)样品对300ppm乙醇有11的灵敏度。
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