Co3O4基納米復(fù)合材料的可控制備及NOx氣敏性能研究.pdf

1、本文針對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料在室溫下響應(yīng)普遍偏低的問(wèn)題，旨在研究制備室溫下具有超靈敏的NOx傳感器材料。以p型金屬氧化物半導(dǎo)體Co3O4和CuO作為基底材料，可控制備了Co3O4/CuO納米復(fù)合材料以及Co3O4/CuO-EG復(fù)合材料。采用XRD、IR、SEM、TEM、XPS等表征測(cè)試手段對(duì)合成材料進(jìn)行了形貌及結(jié)構(gòu)分析，室溫條件下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了NOx氣敏性能研究，并初步分析了材料形成機(jī)理和氣敏機(jī)理。
　　首先，通過(guò)簡(jiǎn)便的水熱-煅燒法合

2、成了不同摩爾比的高度多孔和分層結(jié)構(gòu)的Co3O4/CuO納米片，分析了摻雜不同摩爾比CuO對(duì)Co3O4/CuO納米復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)以及氣敏性能的影響。相比純Co3O4，摻雜CuO后合成材料Co3O4/CuO的載流子密度增大，氣敏性能顯著增強(qiáng)。Co3O4與CuO摩爾比為2∶1的CC2-1樣品NOx氣敏性能最佳，納米晶體顆粒相互交聯(lián)，構(gòu)成了二維多孔分層納米片，平均片層厚度約為5nm，并形成介孔結(jié)構(gòu)，孔隙率最高。該樣品在室溫(RT=21℃)下

3、對(duì)1000ppm NOx的氣敏響應(yīng)高達(dá)14.16，響應(yīng)時(shí)間短至2s，檢測(cè)限低至0.01ppm，具有良好的可逆性和選擇性。CC復(fù)合材料優(yōu)良的氣敏性能源于合適比例的CuO和成孔劑NaHCO3的加入，在二者共同作用下形成了獨(dú)特的分層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料具有較高的孔隙率和更多的缺陷位，最終化學(xué)吸附能力顯著增強(qiáng)。
　　其次，將多孔分層的Co3O4/CuO納米材料與納米碳材料膨脹石墨(EG)復(fù)合，通過(guò)真空輔助法合成了具有三維結(jié)構(gòu)的Co3O4

4、/CuO-EG復(fù)合材料，對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)及室溫下NOx氣敏性能進(jìn)行了研究。同樣，Co3O4與CuO摩爾比為2∶1的Co3O4/CuO-EG樣品室溫下對(duì)NOx的氣敏響應(yīng)高達(dá)16.1，檢測(cè)限低至0.03ppm，并且具有良好的選擇性和重復(fù)性。相比Co3O4/CuO系列材料，三相Co3O4/CuO-EG材料具有3D結(jié)構(gòu)，EG在合成過(guò)程中起到了模板作用，使納米片更薄、尺寸更小，并形成了Co3O4/CuO納米立方體微粒。優(yōu)良的氣敏性能源于負(fù)載納米立方體