【摘 要】
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α-Fe2O3和SnO2是两种传统的N型半导体,由于其环境友好性,良好的化学和热稳定性,被越来越多地用于气体传感材料。然而单一的α-Fe2O3和SnO2气敏传感器的实际应用却受到一定的限制,普遍存在工作温度较高,选择性差,灵敏度低等缺点。因此本论文旨在通过设计多级结构和异质结构,利用各组分的协同作用和费米能级效应,来提升单一α-Fe2O3和SnO2气敏传感器的气敏响应值,同时由于介孔结构和大的比表
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α-Fe2O3和SnO2是两种传统的N型半导体,由于其环境友好性,良好的化学和热稳定性,被越来越多地用于气体传感材料。然而单一的α-Fe2O3和SnO2气敏传感器的实际应用却受到一定的限制,普遍存在工作温度较高,选择性差,灵敏度低等缺点。因此本论文旨在通过设计多级结构和异质结构,利用各组分的协同作用和费米能级效应,来提升单一α-Fe2O3和SnO2气敏传感器的气敏响应值,同时由于介孔结构和大的比表面积的存在可以降低材料的工作温度。本论文的具体研究内容如下:（1）采用模板法制备了平均粒径为600 nm的多级结构Si O2@SnO2/α-Fe2O3空心微球。平均直径为30 nm的α-Fe2O3纳米管外延生长在低结晶度的介孔Si O2@SnO2空心球上。该空心微球具有介孔结构,孔径8.8 nm,比表面积86.7 m~2/g。研究了Fe3+初始浓度对合成产物结构、形貌和气敏性能的影响。与α-Fe2O3、Si O2@SnO2和其他Si O2@SnO2/α-Fe2O3复合材料相比,基于Si O2@SnO2/α-Fe2O3-0.15(Fe3+的浓度为0.15μM)的气敏传感器显示出优秀的丙酮气敏性能,如高的响应值对100 ppm丙酮（41）,更快的响应和恢复时间（7秒和23秒）和较低的检测下限。其气敏性能的显著提高主要归功于介孔Si O2@SnO2/α-Fe2O3中空结构含有独特的α-Fe2O3纳米管、大的比表面积、α-Fe2O3的催化作用以及Si O2、SnO2和α-Fe2O3的协同作用。Si O2@SnO2/α-Fe2O3空心微球传感器有望在将来应用于丙酮的精确检测。（2）使用简单的一步水热法制备出玉米状介孔SnO2/α-Fe2O3异质结构。该复合材料表面生长了大量平均直径约为15 nm的纳米管。研究了Sn4+初始浓度对产物形貌、结构及气敏性能的影响。气敏实验表明,SnO2/α-Fe2O3-5(Sn4+/Fe3+摩尔比为5:100)基传感器在260°C对100 ppm三乙胺的响应值为76,明显优于SnO2、α-Fe2O3以及其它SnO2/α-Fe2O3复合材料。该纳米复合物具有优异的气敏性能的主要原因可能是:SnO2/α-Fe2O3纳米管复合材料具有独特的玉米状介孔结构,α-Fe2O3与SnO2之间形成N-N异质结,大的比表面积,以及Sn4+进入到α-Fe2O3纳米结构中引起的载流子浓度的变化。玉米状介孔SnO2/α-Fe2O3异质结构传感器对于低浓度的三乙胺的检测有着很大的潜力。
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