一維金屬氧化物Mox(M=Sn,Zn)復(fù)合材料的合成及氣敏性研究.pdf

1、二氧化錫是一種重要的n型功能半導(dǎo)體材料在多方面有著廣闊的應(yīng)用價(jià)值，特別是在氣敏元件的敏感材料應(yīng)用方面有著重要的研究價(jià)值和實(shí)用意義。但目前所報(bào)道的SnO2作為氣敏材料都需要較高的檢測工作溫度，合成工藝繁瑣、耗費(fèi)高昂、形貌不易控制等不足。NOx是一種被廣泛認(rèn)為的有毒氣體，可以引起呼吸系統(tǒng)疾病并且給環(huán)境帶來嚴(yán)重的破壞。因此，以低成本制備出環(huán)境友好、高靈敏度和迅速響應(yīng)的NOx傳感器是十分重要和有意義的，室溫檢測條件的傳感器更方便于實(shí)際應(yīng)用和推廣

2、。
　　 本文采用高壓靜電紡絲法制備了具有獨(dú)特的優(yōu)異性的一維SnO2納米材料，首先，在惰性氣氛下煅燒電紡纖維制得了SnO2與多孔碳的復(fù)合材料，并進(jìn)行了NOx氣敏性能的測試，探討了其響應(yīng)機(jī)理，具有一定的理論與實(shí)際意義。
　　 另外，通過電紡PVP溶膠溶液制備出的一維納米纖維，采用直接焙燒熱處理得到了SnO2空心納米管(TONTs)。使用PVP的目的是它可以增加溶液的粘度使電紡順利進(jìn)行，PVP同時也可以控制晶粒的大小從而提高

3、氣敏性能。TEM和Raman等研究表明SnO2空心納米管(TONTs)的管壁是由尺寸均一的SnO2納米粒子組成，具有獨(dú)特的電子傳輸性，高的理化面積和良好的氣敏響應(yīng)。另外一個晶粒以四面或更多接觸面與其它晶粒燒結(jié)而成，頸部接觸截面數(shù)增加，因此具有良好的電子傳輸性質(zhì)使其提高了氣敏傳感器性能。并通過密度泛函理論計(jì)算不同晶面吸附NOx的特點(diǎn)，指出了穩(wěn)定存在的最優(yōu)吸附晶面。
　　 為了進(jìn)一步增強(qiáng)材料對NOx的吸附能力，提高SnO2納米材料對

4、NOx的靈敏度，我們采用了高壓靜電紡絲方法制備了不同比例Ca2+摻雜一維疏松結(jié)構(gòu)的SnO2納米纖維材料，通過調(diào)控PVP的加入量，控制溶液的粘度，得到了氣敏性能較好的一維SnO2纖維結(jié)構(gòu)。SEM和TEM研究表明，不同比例的Ca2+摻雜，焙燒后都得到了由SnO2納米顆粒組成的一維結(jié)構(gòu)；當(dāng)未摻雜元素和2at％Ca2+摻雜時得到較為疏松多孔的一維納米棒，且當(dāng)Ca2+的摻入量為2at％時SnO2顆粒尺寸較小，另外兩個比例(Ca2+摻雜4，8at％

5、)時得到的一維納米棒結(jié)構(gòu)較為致密。氣敏檢測結(jié)果表明，與SnO2空心納米管(TONTs)相比，Ca2+的摻入量為2at％SnO2納米纖維材料對NOx氣體的響應(yīng)的靈敏度顯著提高，同時對于NOx氣體的選擇性也最好。這是由于CaO存在于SnO2晶粒之間能夠抑制SnO2納米粒子聚集和長大，控制SnO2粒子Ca2+的摻入量為2at％時并沒有破壞SnO2一維納米結(jié)構(gòu)電子的傳輸?shù)男阅?，且CaO作為堿性吸附中心，能夠增強(qiáng)其對NOx的吸附能力，使其電導(dǎo)率有