SnO2纳米球、微米级空心六棱柱的制备及其气敏性能探究

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现代工业社会虽然为人们提供了丰富的物质生活,但随之而来的是生存环境的破坏。比如,各种有毒有害气体的大量排放导致的雾霾天气直接影响着人们的正常生产生活,同时气体反应生成的各种二次气溶胶颗粒物表面容易附着有害物质,致使各种呼吸系统疾病甚至癌症的发生。因此,环保问题得到了高度地重视,同时也促进了各类气敏探测技术的发展。根据探测技术的不同,目前有电阻式气体传感器(其工作原理基于材料表面接触待测气体后引起的电阻变化)、光学气体传感器、电化学气体传感器、表面声波气体传感器、微悬臂梁气体传感器、表面等离子体共振传感器等多种气体传感器。在这些探测技术中,电阻式气体传感器结构简单、成本低、体积小、操作方便,在气敏探测领域有较大的优势。并且已成功商用于空气质量监测、医用、食品等安全领域。作为一种重要的n型半导体,SnO2属于宽禁带半导体材料,其禁带宽度大约为3.6 eV。因其良好的化学稳定性及优异的电学性能,成为一种极具潜力的气敏金属氧化物材料。在该论文报道的工作当中,我们采用溶剂热合成技术结合煅烧过程制备出不同形貌的SnO2材料,并且通过各种表征技术探究了其气敏性能及影响因素。其详细工作如下:1.采用溶剂热法合成了甘油酸锡纳米球作为模板,并通过煅烧处理成功制备出SnO2纳米球。利用XRD、SEM、TEM、XPS、红外光谱、热重及气敏测试系统对制备出纳米材料进行了结构、形貌和气敏性能等各方面的表征测试。气敏测试结果表明煅烧温度达到450℃时,样品的气敏性能最佳。基于该样品的气敏传感器在100℃工作温度条件下对10 ppm甲醛气体的响应值高达1419,响应/恢复时间分别为19 s和49 s。最后,对SnO2气敏传感器的气敏机理进行了详细的分析。2.采用溶剂热法合成金属有机骨架材料Sn-MOF,并通过煅烧技术成功制备出微米级SnO2空心六棱柱。利用XRD、TEM、拉曼、红外光谱、SEM、BET、XPS和气敏测试仪对制备产物的结构、形貌和气敏性能进行了研究。测试结果发现基于SnO2空心六棱柱制备的传感器在120℃的最适工作温度条件下对2 ppm甲醛气体表现出优异的气敏性能(响应值882,响应时间19 s),这可能归因于其较大的比表面积(46.42 m2/g)提供了大量的反应活性位点。
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