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两种纳米结构sno2的气体敏感特性研究

两种纳米结构SnO2的气体敏感特性研究

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作者：赵荣俊云南大学

学位级别：硕士

二氧化锡(sno2)是一种典型的n型宽禁带半导体,禁带宽度3.6 eV。作为一种多功能材料,sno2由于其优越的物理和化学性能、低成本以及易制备,是气体传感器敏感材料的首选。Sn02作为气体敏感材料尚存在灵敏度低、响应-恢复时间长、选择性和... 详细信息

二氧化锡(sno2)是一种典型的n型宽禁带半导体,禁带宽度3.6 eV。作为一种多功能材料,sno2由于其优越的物理和化学性能、低成本以及易制备,是气体传感器敏感材料的首选。Sn02作为气体敏感材料尚存在灵敏度低、响应-恢复时间长、选择性和稳定性差以及工作温度高等不足。纳米结构的sno2具有均匀可控的形貌、小尺寸、大比表面积等优点,其作为气体传感器的敏感材料,材料表面具有更多的吸附活性位点,可极大的改善和提高气体传感器的性能。本论文主要研究内容是针对两种不同纳米结构Sn02材料,研究其气体敏感性能。采用简单的水热法和热处理制备树莓状sno2空心纳米结构材料、一维Sn02纳米纤维及其不同比例Pd功能化和Cd掺杂Sn02纳米纤维材料,并利用WS-30A气敏测试系统对合成的不同纳米结构材料进行气敏性能测试,探讨其气体敏感机理。主要研究内容和结果如下:(1)树莓状sno2空心纳米结构材料的制备、表征及其对正丁醇气敏性能研究采用简单的水热法和热处理制备出了树莓状Sn02空心纳米结构材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和氮气吸附-脱附等温线分别分析了样品的晶体结构、形貌、组分、化学表面态及比表面积等,并探讨了其形成机理。将树莓状sno2空心纳米结构材料作为敏感材料制作成气体传感器,测试了其对正丁醇气体的气敏性能。结果表明,树莓状sno2空心纳米结构材料对正丁醇有较高的响应,在最佳工作温度160℃下对100 ppm正丁醇响应值为303.49。该敏感材料还具有良好的选择性和稳定性。同时还探讨了树莓状sno2空心纳米结构材料对正丁醇的敏感机理。(2)一维sno2纳米纤维材料的制备、表征及其VOCs气敏性能研究利用柚子皮为生物模板,采用水热法和热处理制备出了一维Sn02纳米纤维材料。利用XRD、FESEM、TEM、XPS和氮气吸附-脱附测试对获得的纳米材料进行表征与分析,探讨了一维sno2纳米纤维结构形成机理。将Sn02纳米纤维作为敏感材料制作成气体传感器,并检测其对VOCs(乙醇、甲醇、甲醛、异丙醇、丙酮和正丁醇)的气敏性能。结果表明,一维sno2纳米纤维气体传感器在最佳工作温度260℃下对VOCs具有良好的气体响应、较快的响应-恢复时间、重复性和稳定性。进一步探讨了其对VOCs气体的敏感机理。(3)Pd功能化Sn02纳米纤维材料的制备、表征及其丁烷气敏性能研究利用柚子皮为生物模板,采用水热法和热处理制备出了不同比例Pd功能化sno2纳米纤维。将不同比例Pd功能化sno2纳米纤维作为敏感材料制作成气体传感器,对丁烷气体敏感性能进行了测试。结果表明,在最佳工作温度260℃,5 mol%Pd功能化sno2纳米纤维对3000 ppm丁烷的气体响应值达到47.58,并且传感器在该温度下具有较好的选择性、较快的响应-恢复时间和良好的长期稳定性。同时探讨和分析了 Pd功能化Sn02纳米纤维材料对丁烷的敏感机理。(4)Cd掺杂sno2纳米纤维材料的制备、表征及其甲醛气敏性能研究利用柚子皮为生物模板,采用水热法和热处理制备出了不同比例Cd掺杂S[n02纳米纤维。将不同比例Cd掺杂sno2纳米纤维作为敏感材料制作成气体传感器,并进行甲醛气敏性能测试。结果表明,在最佳工作温度160℃,5 mol%Cd掺杂sno2纳米纤维对100 ppm甲醛的响应值达到51.11,其检测限低至1 ppm。同时,传感器在此温度下对甲醛有较好的选择性、重复性和长期稳定性,并进一步探讨了其对甲醛的敏感机理。

关键词：纳米结构sno2 生物模板纳米纤维气体敏感材料气体传感器气敏性能

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sno2纳米材料的合成与气敏性能研究

SnO2纳米材料的合成与气敏性能研究

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作者：李郁秀云南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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