金屬氧化物微納米結(jié)構(gòu)的合成、調(diào)控及氣敏性能研究.pdf

1、設計簡單、低廉、環(huán)保、高效的合成策略和開發(fā)新型的微納米材料是微納米技術研究的重點，對于納米技術的發(fā)展具有重要意義。本論文圍繞著半導體金屬氧化物微納材料的結(jié)構(gòu)和組分調(diào)控，開發(fā)高性能的新型氣敏材料。結(jié)構(gòu)調(diào)控主要是利用微納米技術制備具有一維、三維、多級、多孔、核殼結(jié)構(gòu)以及暴露高指數(shù)晶面的微納米晶等微納材料；組分調(diào)控主要是制備具有復雜形貌的復合微納材料如貴金屬負載型金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)、復合金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)等。制備出一系列新穎的結(jié)構(gòu)復雜、組分可

2、控的金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容如下：
　　 1.通過不同方法制備出如下幾種多孔納米材料，并對其結(jié)構(gòu)或組分進行調(diào)控，然后考察其氣敏性能。
　　 (1)通過前驅(qū)體.焙燒法制得多孔α-Fe2O3，并將其作為載體負載Au納米粒子，并用于氣敏研究。由于多孔α-Fe2O3的疏松孔隙結(jié)構(gòu)和Au納米粒子的催化作用，以及Au納米粒子與多孔α-Fe2O3之間的電子相互作用，Au/多孔α-Fe2O3表現(xiàn)出較好的氣敏性能，靈敏度高、重復性好。

3、
　　 (2)利用碳球模板法，制備出Ni摻雜的SnO2空心球，由于p型半導體NiO與n型半導體SnO2之間形成了p-n結(jié)，以及空心球的三維疏松通透結(jié)構(gòu)，Ni-SnO2空心球?qū)χ卮既缯〈嫉染哂休^好的選擇性、響應也較高。這說明Ni基摻雜劑有望代替貴金屬添加劑制備氣敏材料，降低材料的合成成本。
　　 (3)水熱法制得水膽礬(Cu4(OH)6SO4)梭形微米片前驅(qū)體，并通過改變?nèi)芤簼舛?、水熱時間、表面活性劑的種類等系統(tǒng)地考察其

4、形成過程。然后將前驅(qū)體焙燒得到蠕蟲狀CuO微米結(jié)構(gòu)，該蠕蟲狀CuO微米片對乙醇和甲醇具有較好的響應，但對乙醇更為敏感。
　　 2.首次利用氨基酸水熱仿生合成出堿式碳酸鋅三維多級結(jié)構(gòu)前驅(qū)體，并考察了其形成過程。前驅(qū)體焙燒得到比表面積高達193.7 m2/g的ZnO三維多級多孔納米結(jié)構(gòu)，再將其作為載體負載Au納米粒子。由于Au納米粒子的催化作用和ZnO三維多級多孔疏松結(jié)構(gòu)以及二者之間的電子相互作用，Au/ZnO三維多級多孔納米結(jié)構(gòu)表

5、現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能。這種合成策略對制備其它高級功能納米材料用于提高材料的性能具有重要的指導意義。
　　 3.利用賴氨酸輔助一步負載法，以賴氨酸為保護劑，將負載Au/Pt納米粒子原位負載在金屬氧化物一維微納結(jié)構(gòu)表面，制備出Au(Pt)/ZnO亞微米棒和Pt/WO3納米棒，并用于氣敏研究。無需對載體或貴金屬納米粒子進行表面修飾，簡化了合成過程、降低了制備成本。由于貴金屬Au、Pt納米粒子的溢流效應和催化作用，以及Au、Pt納米粒子與

6、載體氧化物之間的強電子相互作用使界面Schottky勢壘升高，促進載體金屬氧化物對表面活性氧負離子的吸附，加速氣敏響應過程，Au/ZnO亞微米棒和Pt/WO3納米棒的氣敏性能顯著提高。
　　 4.通過兩步水熱法和賴氨酸輔助一步法，制備出新穎的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)α-Fe2O3@SnO2/Au三元核殼納米紡錘體，并用于氣敏研究。該三元核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)由α-Fe2O3納米紡錘體核和負載Au納米粒子的SnO2殼層組成，由于Au納米粒子的催化作用、

7、各組分的協(xié)同作用、及特殊的核殼結(jié)構(gòu)，α-Fe2O3@SnO2/Au核殼結(jié)構(gòu)的氣敏性能得以顯著提高，靈敏度高、響應恢復快。這對設計組分可調(diào)、形貌可控、結(jié)構(gòu)復雜的高級功能材料的理論研究和實際應用都具有一定的指導意義。
　　 5.以甲酰胺作為表面保護劑，通過水熱法制備出暴露高指數(shù){104}晶面的α-Fe2O3單分散菱形晶體(α-Fe2O3/{104})，并系統(tǒng)地研究了其形成機理。α-Fe2O3/{104)是通過β-FeOOH初級納米粒