SnO2纳米材料的合成与气敏性能研究

作     者：李郁秀 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王毓德

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：纳米结构SnO2 纳米复合物 溶剂热合成法 水热合成法 气敏性能 

摘      要：SnO2是典型的宽禁带(3.6 eV)n型半导体金属氧化物。纳米SnO2具有纳米材料和半导体材料的双面性质,在透明导电氧化物、氧化催化剂以及固态气体传感器等方面有着广泛的应用。因此,纳米结构SnO2的合成与应用是目前纳米材料的研究热点。本论文以纳米结构SnO2的合成及气敏性能的研究为主要内容,采用水热合成法和溶剂热合成法分别制备了 Sn02微球、SnO2-Pd-Pt-In203纳米复合材料、贵金属(Pt,Pd)/SnO2复合微球、SnO2纳米粒子以及贵金属(Pt,Pd)/Sn02复合纳米粒子,测试了纳米结构SnO2及其复合物对有毒害气体以及易燃易爆气体的敏感性能,并对其敏感机制进行了探讨。具体如下:(1)SnO2微球的合成、表征及气敏性能研究采用溶剂热合成法制备了 SnO2微球,利用XRD、SEM、TEM、XPS、BET等方法对SnO2微球的结构、微观形貌、表面状态和比表面积进行了表征,并提出了相应的生长机制;进一步以SnO2微球作为敏感材料,测试了对甲醛气体的气敏性能。结果显示,SnO2微球在200℃工作温度下对甲醛气体表现出卓越的气敏特性。(2)SnO2-Pd-Pt-In2O3纳米复合材料的合成及气敏性能研究采用溶剂热结合固相合成法制备了具有蓬松微观结构的SnO2-Pd-Pt-In2O3纳米复合材料,利用XRD、SEM、TEM对SnP2-Pd-Pt-In2O3纳米复合材料的结构和微观形貌等进行了表征,并对SnO2-Pd-Pt-In2O3纳米复合材料的甲醇气体敏感特性进行了研究。结果表明,SnO2-Pd-Pt-In2O3纳米复合材料在160℃工作温度下对甲醇气体表现出较高的灵敏度以及低的检测限。(3)贵金属(Pt,Pd)复合SnO2微球的合成及气敏性能研究采用溶剂热合成法合成了具有球状结构的贵金属(PtPd)/SnO2纳米复合材料,利用XRD、SEM、TEM、EDX、XPS、BET等表征了样品的结构、形貌、组成成分、表面化学态及比表面积,并测试了 Pt-SnO2复合微球的甲醇气敏性能以及Pd-SnO2复合微球的氢气气敏性能。结果显示,Pt-SnO2和Pd-SnO2复合微球的最佳复合比分别为5.0 mol%和10 mol%。5.0 mol%Pt-SnO2复合物用于检测甲醇气体的工作温度低至80℃,并且对甲醇气体表现出较高的灵敏度、较快的响应恢复、良好的重复性、优异的选择性和可靠的稳定性;10 mol%Pd-SnO2复合物在200℃最佳工作温度下对氢气表现出优异的气敏性能。(4)SnO2纳米粒子的合成、表征及气敏性能研究采用简单的水热合成法制备了具有多种不规则微观形状的SnO2纳米粒子,利用XRD、TEM、XPS、BET等对SnO2纳米粒子的结构、形貌、化学态及比表面积进行了表征,并将SnO2纳米粒子用于丁烷气体的检测。结果显示,SnO2纳米粒子对丁烷气体具有较高的灵敏度,快速的响应恢复速率,较好的重现性、可靠的稳定性和较长的使用寿命。(5)贵金属(Pt,Pd)复合SnO2纳米粒子的合成及气敏性能研究采用简单的水热合成法合成了贵金属(Pt,Pd)/SnO2复合纳米粒子,利用XRD、SEM、EDX、TEM、XPS、BET等表征了贵金属(Pt,Pd)/SnO2复合纳米粒子的结构、形貌、组成成分、化学态及比表面积,同时测试了 Pt-SnO2复合纳米粒子的一氧化碳气敏性能以及Pd-SnO2复合纳米粒子的甲烷气敏性能。结果显示,Pt-SnO2和Pd-SnO2复合纳米粒子的最佳复合比分别为1.5 mol%和2.5 mol%。1.5 mol%Pt-SnO2复合纳米粒子在80℃最佳工作温度下对一氧化碳表现出较高的灵敏度;2.5 mol%Pd-SnO2复合纳米粒子用于检测甲烷气体,在工作温度340℃时对甲烷气体表现出了优异的灵敏度、快速的响应恢复速率和可靠的稳定性。