论文部分内容阅读
金属氧化物气敏材料具有灵敏高、成本低和使用寿命长等优点,广泛应用于生产和生活相关的各个领域。其中,以CuO、ZnO、Fe2O3、Co3O4和NiO为代表的金属氧化物常被用作气敏材料来构造气体传感器。现阶段,在气敏材料研究领域,需要一种具有高普适性的合成方法和性能提升手段,来给高性能气敏材料的制备提供方向。本文结合国内外气敏材料的研究现状,认为通过构建分级多孔结构能够最大限度地发挥材料自身结构的优势,同时水热法负载贵金属也能进一步提升对有机毒性气体的探测能力。基于此,本文采用水热法制备出具有分级结构的碱式碳酸盐、氢氧化物和水合物,通过高温煅烧构造出具有分级多孔结构的金属氧化物。同时,采用水热法进行贵金属负载,并对负载前后的各项气敏性能指标进行测试。系统地研究了分级多孔结构、负载贵金属类型、贵金属负载方法、前驱体类型等对金属氧化物材料气敏性能的影响,探讨了氧化物负载前后的气敏机理。主要研究工作如下:（1）采用水热和煅烧相结合的方法制备出了具有分级多孔结构的CuO,并对CuO进行了Au负载。研究了CuO和CuO/Au的成分、结构、形貌和多孔特征,对材料各项气体探测指标进行测试。测试结果显示,分级结构能有效提升材料的比表面积,多孔结构提供了更多的气体通道,有利于待测气体的传输和接触。实验表明,贵金属负载材料能够极大地提升对有机毒性气体的灵敏度,降低响应恢复时间;（2）采用水热和煅烧结合的方法制备出了由多孔纳米片组成的ZnO花状结构,并利用水热法和光照浸渍法制备出负载了Au和Pt的复合材料。热重分析结果证明,多孔结构源自于前驱体的受热分解。经气敏性能测试,由于水热法为负载反应提供了恒定的高温和适当的高压,因此采用水热法负载的复合材料在各项气敏性能指标上表现更好;ZnO/Au复合材料比ZnO/Pt复合材料具有更好的有机毒性气体探测能力;（3）采用水热和煅烧结合的方法制备了形貌不同、比表面积相似的三种铁系金属氧化物Fe2O3、Co3O4和NiO。热重结果表明,不同的前驱体类型带来了不同的平均孔径。其中由于Co3O4的前驱体是碱式碳酸钴,受热质量损失最多,因而孔径最大。气敏测试结果表明,三种铁系金属氧化对常见有机毒性气体均有明显响应,而Co3O4表现最好。这种具有独特结构的金属氧化物能够抵御湿度和光照的干扰,具备连续检测的能力;（4）比较了贵金属负载前后材料的气敏机理。贵金属复合材料能够加剧材料表面与待测气体的物理化学反应,加速了材料内部电子的转移。贵金属粒子作为反应活化中心,降低了气敏反应所需能量,进而表现出对有机毒性气体更为优异的探测性能。