SnO2納米材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的現(xiàn)今社會，生活水平提高的同時，環(huán)境污染帶給人類的困擾也越來越嚴(yán)重，其中包括氣體污染，由此，利用氣體傳感器對環(huán)境氣體進(jìn)行監(jiān)測并及時報警，可有效改善氣體污染問題。在多種氣體傳感器中，金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、成本低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合納米技術(shù)使得氣敏性能進(jìn)一步提升，其中納米SnO2材料是應(yīng)用最為普遍的氣敏基體材料之一，但在實(shí)際使用中依舊存在選擇性差、工作溫度過高等缺點(diǎn)，故為進(jìn)一步提高納米SnO2材料在氣

2、敏方面的應(yīng)用，可通過減小尺寸、摻雜等多種方法進(jìn)行改進(jìn)。其中，改變材料微觀結(jié)構(gòu)可有效增大材料比表面積，加大氣體反應(yīng)總量;調(diào)控暴露高指數(shù)晶面可提升材料表面的反應(yīng)活性，從而提高反應(yīng)速率，兩種方法均可有效改善SnO2納米材料的氣敏性能。本文就是從改變SnO2微觀結(jié)構(gòu)和調(diào)控暴露高指數(shù)晶面兩方面來提高納米SnO2材料的氣敏性能，并解釋微觀結(jié)構(gòu)和晶面活性與氣敏特性之間的聯(lián)系。
　　采用水熱法合成直徑為140-200nm的具有分級結(jié)構(gòu)的SnO2納

3、米空心球，由納米顆粒次級單元結(jié)構(gòu)組成。相較丙酮、甲醇、乙炔、丁烷四種有機(jī)氣體，SnO2納米空心球?qū)σ掖細(xì)怏w具有良好的選擇性，對于800ppm的乙醇?xì)怏w，在最佳工作溫度250℃下的靈敏度為107，響應(yīng)和恢復(fù)時間分別為12.3s和21.6s。SnO2納米材料的氣敏機(jī)理主要結(jié)合物理-化學(xué)吸附、氧化還原、解吸附幾個方面來分析，具有分級結(jié)構(gòu)的SnO2納米空心球?qū)σ掖嫉倪x擇性、靈敏度及響應(yīng)恢復(fù)速率優(yōu)于一般SnO2納米材料，主要原因是該材料結(jié)合分級和

4、空心兩種特殊微觀結(jié)構(gòu)，比一般納米尺度材料或單種微觀結(jié)構(gòu)材料具有更大的表面積和更多的納米尺度的孔道，有利于進(jìn)一步增大目標(biāo)氣體反應(yīng)總量、提升氣體擴(kuò)散速率和反應(yīng)速率，從而提高氣敏傳感器的靈敏度和響應(yīng)恢復(fù)速率。
　　采用水熱法合成暴露{111}高指數(shù)晶面的SnO2八面體，SnO2{111}八面體邊長在150至250nm之間，對于800ppm乙醇?xì)怏w，SnO2{111}八面體在360℃最佳工作溫度下的靈敏度達(dá)179，響應(yīng)恢復(fù)時間分別為9.5

5、s和6.7s，氣敏性能優(yōu)于一般SnO2納米材料及本文中的SnO2納米空心球，主要原因是該材料暴露的{111}晶面具有很高的催化活性，有助于氧化還原反應(yīng)的快速進(jìn)行。
　　采用水熱法合成暴露{332}高指數(shù)晶面的SnO2正八面體，SnO2{332}正八面體棱長為95nm，兩頂點(diǎn)間距離為140nm，在最佳工作溫度250℃下，對800ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度達(dá)2200，約為SnO2{111}最大靈敏度的12倍，且最佳工作溫度低于SnO2{1