金属氧化物NiO、SnO2纳米结构复合材料的制备及其气敏性能研究

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arthur2020
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随着经济发展,挥发性有机化合物(VOCs)排放量的增加,检测VOCs对人们生活环境质量具有重要的现实应用意义。NiO和SnO2两种金属氧化物材料,制备成本低,物理和化学性能优异,是理想的气敏研究材料。然而,其对乙醛和乙二醇的气敏性能低。对NiO和SnO2进行纳米化、表面修饰以及复合的方法,可以改善其气敏性能存在的缺点。因此,本论文主要通过合成花状分级结构NiO纳米材料和蝴蝶状分级结构SnO2纳米材料实现纳米化。此外,分别对NiO纳米材料进行Pt和石墨烯表面修饰,以及将不同维度的SnO2与NiO纳米材料进行复合,并研究其修饰与复合前后的气敏性能。其中涉及的主要合成方法为水热/溶剂热法。具体的研究结果如下:(1)通过调节反应中一系列参数合成Ni3(NO3)2(OH)4,并煅烧合成花状分级结构NiO纳米材料。NiO纳米片具有丰富的表面结构,如孔结构、大的表面积。400 oC合成的NiO纳米材料在150 oC下对50 ppm乙二醇的灵敏度为118,具有强的选择性、高的灵敏度以及低的工作温度。(2)对花状分级结构NiO纳米材料进行Pt修饰。Pt成功存在于NiO纳米片上,且随着Pt加入量的增多,NiO纳米片边缘破损越来越明显,致使材料的表面存在着特殊的缺陷结构。Pt的修饰提高了NiO对乙二醇的气敏性能。其中,0.5 at.%Pt-NiO在150 oC下对50 ppm乙二醇的灵敏度达到了558,且传感器的选择性增强且缩短了响应恢复时间。(3)对花状分级结构NiO纳米材料进行r GO修饰。不同r GO修饰量,样品的形貌也不一样,并且随着r GO的修饰量逐渐增加,在其表面的NiO花占比减小。其中,10 wt.%r GO-NiO中的NiO以小片的形貌出现在r GO表面。与纯NiO相比,其对乙二醇的最佳工作温度(125 oC)降低,灵敏度(174.89)升高,发挥了r GO的优势。(4)合成蝴蝶状分级结构SnO2纳米材料。SnO2纳米片具有丰富的表面结构,包括位错、凸起结构、介-大孔结构和氧空位。SnO2纳米材料在低工作温度下对乙醛有较高的响应,且具有良好的选择性以及低的检测限,即其对500 ppb乙醛的灵敏度可达78.7。(5)采用三种水热/溶剂热法对不同维度(0D、1D和2D)的SnO2和花状分级结构NiO纳米材料进行复合。SnO2分别以纳米颗粒、纳米棒和纳米片成功附着于NiO纳米片表面,复合使NiO纳米片的缺陷和表面活性发生变化。对比三种复合结构材料及相应的气敏性能变化,三种材料的灵敏度变化不一。其中,SnO2以纳米棒和纳米片的形式存在的复合材料在150 oC工作温度下对50 ppm乙二醇的灵敏度较纯NiO的灵敏度均增大,且选择性增强以及响应时间缩短。
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