TiO2和SnO2納米材料的形貌和氣敏性能研究.pdf

1、易揮發(fā)有機(jī)物(VOCs)作為目前室內(nèi)污染的主要污染物已引起人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)槿绻^多吸入這類氣體會導(dǎo)致多種人體疾病。因此如何檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量已經(jīng)成為現(xiàn)代社會一個(gè)刻不容緩的問題。近年來，人們一直致力于研究出一種新型氣敏材料，期望其能夠快速且有效的檢測出VOCs。其中金屬氧化物納米材料TiO2和SnO2受到了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗麄兙哂兄苽浜唵巍o毒、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，但做為傳感器，他們的靈敏度和選擇性都有待進(jìn)一步提高，而且對氣敏機(jī)理的研究也尚

2、未成熟。眾所周知，材料的氣敏性能主要取決于晶粒大小、摻雜離子、物相組成、材料微觀結(jié)構(gòu)和形貌以及材料本身固有的半導(dǎo)體性質(zhì)等。因此本文研究了金屬離子Ag+摻雜對TiO2氣敏性能的影響，以及不同形貌的鈦酸鹽納米材料對乙醇?xì)饷粜阅艿挠绊憽Ａ硗?，因?yàn)閾诫s是提高傳感器性能的最有效的方法之一，所以本文還研究了稀土元素Ce4+摻雜SnO2后對多種VOCs的氣敏性能的影響，并分析了其氣敏機(jī)理。
　　 采用溶膠凝膠法成功制備出了2％Ag+摻雜TiO

3、2納米材料，經(jīng)XRD檢測發(fā)現(xiàn)，Ag+的摻入阻礙了TiO2晶粒的生長，使晶粒細(xì)化；從FE-SEM中可以看出，Ag+的加入并未明顯改變樣品的微觀形貌。通過對甲醛的氣敏性能測試，發(fā)現(xiàn)加入Ag+后，樣品的氣敏性能明顯提高。
　　 利用水熱法我們成功制備出了傳統(tǒng)TiO2納米顆粒，并進(jìn)一步利用自制的納米顆粒制備出了三種不同形貌的納米材料包括納米管、納米片和納米線。經(jīng)過XRD分析發(fā)現(xiàn)所制備的納米顆粒為銳鈦礦相TiO2，而其它三種形貌的納米材料

4、皆為NaxH2-xTi2O5·H2O結(jié)構(gòu)。基于FE-SEM照片和相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，我們提出了一個(gè)新穎的納米線形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)納米線的形成過程大致會經(jīng)過以下4幾個(gè)階段：①TiO2納米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)楹鼙〉募{米片；②很薄的納米片卷曲形成納米管；⑧納米管進(jìn)一步轉(zhuǎn)變較厚的納米片；④納米片撕裂形成納米線。此外，我們還研究了不同形貌納米材料對乙醇的氣敏性能的影響，發(fā)現(xiàn)另外三種不同形貌納米材料的氣敏性能較納米顆粒有了很大提高，而且在空氣中的電阻也比納米顆粒小很

5、多，這是因?yàn)椴煌蚊布{米材料中電子和空穴的復(fù)合概率仍然較低。這將有利于傳感器的推廣和應(yīng)用，同時(shí)又進(jìn)一步說明通過制備不同形貌的納米材料來提高材料的氣敏性能也是一種很有用的手段。
　　 利用水熱法我們制備了不同含量Ce4+摻雜SnO2納米材料。經(jīng)過XRD檢測發(fā)現(xiàn)，Ce4+的加入抑制了SnO2晶粒的生長，但加劇了晶粒之間的團(tuán)聚。另外我們還將所制備的樣品用來檢測不同VOCs，發(fā)現(xiàn)Ce4+摻雜量為2％的樣品表現(xiàn)出最好的氣敏性能，這主要是由