基于金屬氧化物納米材料高性能H2S氣敏傳感器的研究.pdf

1、眾所周知，H2S是有毒氣體，也是大氣污染物，給環(huán)境和人們生活帶來嚴(yán)重的危害。因此，制備低溫、高靈敏度和快速響應(yīng)的H2S傳感器具有十分重要的意義。本論文致力于探索簡便的制備方法，合成多種納米金屬氧化物H2S氣敏材料，研究其在低溫情況下，低濃度H2S氣敏性能及探討了它們的氣敏機(jī)理。
　　本文通過簡單的制備方法，一步還原法、聲化學(xué)法、溶劑熱法、溶劑熱-熱解法，制備了種類豐富、不同形貌的金屬氧化物納米材料，包括多孔Cu2O/CuO亞微球結(jié)

2、構(gòu)，CuO納米帶，ZnO系列納米顆粒團(tuán)簇、納米束及納米棒，ZnFe2O4納米顆粒、多孔Co3O4納米片和α-Fe2O3納米片等。特別是制備的ZnO系列納米材料，具有不同形貌和尺寸，包括300～500nm納米顆粒團(tuán)簇，500～900nm由納米棒組成的ZnO納米束，直徑和長度分別約為45和145nm的納米棒等。
　　研究了合成條件對上述樣品的影響，探討了上述金屬氧化物的生長機(jī)制。例如，CuO納米帶的生長機(jī)理：首先形成Cu(OH)2納米

3、線，然后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪SCu(OH)2/CuO核殼納米結(jié)構(gòu)，最后生成CuO納米帶結(jié)構(gòu)。這種兩步優(yōu)先生長過程，為納米帶材料的合成開辟了新的制備途徑。
　　研究了上述金屬氧化物納米材料對H2S氣體的氣敏特性。結(jié)果表明在較低的工作溫度下，它們均對H2S氣體有良好的氣敏特性，包括較大響應(yīng)、快速的響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間、長時(shí)間穩(wěn)定性。針對H2S氣體優(yōu)異的傳感特性，研究了納米尺度下敏感材料的結(jié)構(gòu)、相成分與響應(yīng)特性之間的關(guān)系，給出其氣敏增強(qiáng)機(jī)制。例如，多

4、孔Cu2O/CuO亞微球結(jié)構(gòu)氣敏材料，在95℃時(shí)，氣敏傳感器對50ppb H2S的靈敏度為2.1，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為24s和76s。其敏感特性可歸因于Cu2O/CuO亞微球復(fù)合材料形成Cu2O2-x過渡狀態(tài)，該活躍的過渡狀態(tài)更容易與H2S氣體相互作用。同時(shí)，減小材料的尺寸，增加氣敏材料的比表面積，對提高Cu2O/CuO亞微米球氣敏性能有不可忽視的作用。
　　綜上所述，所制備的金屬氧化物納米材料可以在較低的工作溫度下，檢測痕量H2