高性能二甲胺气敏材料的合成及性能研究

作     者：李新 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张文惠

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 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）] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：WO3 In2O3 气敏性能 气体传感器 二甲胺 

摘      要：二甲胺（DMA）广泛存在于自然环境和水生生物中产品,尤其是海洋产品,其浓度可以作为食物在储存和运输的新鲜度的重要指标,而目前检测DMA的分析方法仍存在设备复杂、样品制备时间长等问题。因此,开发一种用于DMA实时监测的便携式气体传感器非常重要。然而,关于检测DMA的金属氧化物气体传感器报道很少。本论文以DMA作为目标气体,以WO和InO基纳米材料作为研究对象,通过金属离子掺杂、非金属离子掺杂、不同气氛热处理和复合等来可控制备不同形貌的WO和InO基气敏材料,并研究其气敏性能和气敏机理。具体内容如下: （1）以偏钨酸铵为钨源,通过水热法制备掺杂不同Sn/W摩尔比的WO基分级结构。还研究了如Fe、Zn、Cu、In等其它掺杂离子对WO基纳米材料形貌和气敏性能的影响。掺杂1%Sn后,WO的形貌由纳米棒组装的花状结构转变为松针状结构。与纯WO、其它比例Sn掺杂和其它离子掺杂WO相比,掺杂1%Sn的WO松针状结构气敏性能最佳,该材料在180℃工作温度下对10 ppm DMA灵敏度高达89,是纯WO的2倍左右。该传感器表现出优异的气敏特性,具有较好的长期稳定性、抗湿能力、较好的选择性、快的响应恢复时间（11/15 s）、较低的检测限（25 ppb）,这可归因于高暴露（100）面,Sn掺杂和独特的六边形松针状结构。 （2）以钨酸为钨源,通过喷雾干燥法制备不同S/W摩尔比（0、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1）的非金属S掺杂WO中空球。随着S/W摩尔比的增加,S掺杂WO中空球的直径逐渐减少。其中S/W摩尔比为20时所制备的S掺杂WO中空球气敏性能最好,在220℃工作温度时,对25 ppm DMA的灵敏度,是未掺杂的无定形块体WO材料的1.5倍。该传感器对DMA具有优异的选择性、低的检测限（1 ppm）,可能是S掺杂引起的缺陷以及多孔中空结构。 （3）以商品氧化钨为原料,通过水热法制备了WO纳米线,探究在不同的环境气氛下退火对形貌和气敏性能的影响。其中氩气和氨气混合气氛下退火的WO纳米线在180℃温度下对DMA的响应值最高,对25 ppm DMA有着高响应值（92）,是氧气气氛下退火的样品的9倍。该传感器可用于检测1-250 ppm的DMA,具有好的选择性和重复性。优异的传感能力可归因于WO纳米线提供的大比表面积,以及N掺杂。 （4）首先通过MOFs衍生法制备InO多孔纳米管,在其表面复合一层ZnInS纳米片结构,最终制备InO/ZnInS复合异质结构。与纯InO和纯ZnInS相比,InO/ZnInS复合异质结构气敏性能最佳,在180℃的工作温度下25 ppm DMA灵敏度为22,分别是纯InO和纯ZnInS的3倍和2倍。该传感器对DMA具有优异的选择性、低的检测限（1 ppm）,响应时间和恢复时间分别为35 s和27s,气体浓度测试区间为1-500 ppm。优异的传感能力可归因于InO/ZnInS复合纳米材料构建的异质结构。