ZIF-8及其衍生物基复合材料的制备与气敏特性研究

作     者：詹梦梦 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘桂武

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0706[理学-大气科学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：ZIF-8 ZIF-8基复合材料 溶剂热法 气体敏感性 

摘      要：现代社会在大力发展经济的同时,也造成了一系列危害,如工业产生的烟尘、烟雾,植物撒药施肥产生的挥发性有毒气体等。这些有毒有害气体不仅对环境产生污染,而且对人类的身体和生活造成巨大伤害,因此开发灵敏度高、成本低廉、携带方便、稳定性能高的气体传感器,能够及时有效地检测污染源,以采取监控防御措施。气体传感器的优异性能与气敏材料的微观结构和形貌密切相关,普通的单相气敏材料已远远达不到人们当前的检测需求。基于此,本论文利用ZIF-8多孔纳米晶体材料的大比表面积、高孔隙率等特点,以ZIF-8材料为模板,并与其他半导体氧化物复合在一起形成复合材料,优化其气体传感器的性能参数,具体结果如下:(1)采用有机溶剂热法,通过改变2-甲基咪唑和Zn(NO)·6HO在甲醇溶液中的配比,制备四种比表面积不同的多面体ZIF-8纳米材料。经过检测ZIF-8基气敏元件对NH、CO、HS、SO、CH和NO的响应,得到的四个样品均对NO表现出高的响应,其中ZIF-8-8纳米材料的响应最高,即在最佳测试条件下(350℃,100 ppm NO)响应值为118.5。(2)在利用有机溶剂热工艺制备ZIF-8多孔纳米材料的基础上,与不同摩尔比的SnO复合,制备三种核壳中空球SnO/ZIF-8-x(x=1、2、3)复合材料。该三种样品对NO气体的响应值分别是:80.39、57.39和164.86,其中SnO/ZIF-8-3的响应值高于单一ZIF-8,且大大缩短了响应和恢复时间(分别为60 s和45 s)。(3)以ZIF-8为模板,通过模板辅助法与Ni离子复合,制备Ni/ZIF-8复合材料,再经高温退火处理获得类花瓣状NiO/ZnO纳米复合材料。经过对NO、HS、SO、NH、CO和H的气敏检测,发现NiO/ZnO基气体传感器在最适宜的工作条件下对HS气体展现出高响应、选择性好及恢复时间较短(34 s)。