半導(dǎo)體金屬氧化物納米材料的合成、改性與氣敏性能研究.pdf

1、納米技術(shù)和納米材料的迅速發(fā)展已經(jīng)深刻地改善了人們的生活。除了利用常規(guī)方法合成納米材料之外，探索和開發(fā)簡(jiǎn)單高效、廉價(jià)環(huán)保的新路線來(lái)制備新型納米結(jié)構(gòu)材料，以及開發(fā)新材料的新用途對(duì)納米科學(xué)的發(fā)展具有十分重要的意義，同時(shí)也是今后納米研究的核心。本文通過(guò)不同的調(diào)控手段合成出半導(dǎo)體金屬氧化物微納米材料，以此來(lái)獲得高性能氣敏材料。我們利用納米技術(shù)系統(tǒng)地合成出一維、二維、三維、多級(jí)、空心、多孔等具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的微納米材料，并調(diào)控組分得到復(fù)合半導(dǎo)體金屬

2、氧化物、貴金屬修飾型半導(dǎo)體金屬氧化物等雜合物微納結(jié)構(gòu)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.采用簡(jiǎn)單有效的碳球模板法制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3空心微球結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)一系列表征證明微球具有多孔薄層球壁和較大的內(nèi)部空腔。氣敏測(cè)試結(jié)果證明，α-Fe2O3空心微球的特殊多孔結(jié)構(gòu)可以顯著提高氣敏材料的性能。同時(shí)本章工作也為開發(fā)高性能空心、多孔氣敏材料和檢測(cè)有毒氣體提供的新的思路和方向。
　　2.利用簡(jiǎn)單的低溫水熱法、無(wú)需后續(xù)焙燒處

3、理就成功制備出了均勻的一維ZnO納米棒結(jié)構(gòu)且產(chǎn)率高達(dá)85％。一維ZnO納米棒具有獨(dú)特的電子輸送能力、不易團(tuán)聚、較大的表面-體積比等特點(diǎn)，有利于待測(cè)氣體在材料表面的擴(kuò)散和傳輸，從而對(duì)乙醇?xì)怏w表現(xiàn)出優(yōu)越的氣敏性，證明其在酒敏傳感器方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　3.通過(guò)簡(jiǎn)單的一步低溫水熱法合成由二維納米片組裝而成的三維多級(jí)SnO2納米花。通過(guò)合理調(diào)控初始原料中OH-/Sn2+的摩爾比、水熱時(shí)間、水熱溫度等參數(shù)，可以有效地調(diào)控三維多級(jí)SnO2

4、納米結(jié)構(gòu)的形貌。SnO2納米花特殊的三維多級(jí)結(jié)構(gòu)為待測(cè)氣體分子提供了較大的接觸表面和寬敞的內(nèi)部空間，有利于氣體的滲透和擴(kuò)散從而加速氣敏響應(yīng)。該制備方法對(duì)合成其他高級(jí)納米材料具有指導(dǎo)意義，并有望應(yīng)用于催化、染敏電池、鋰電池等領(lǐng)域。
　　4.通過(guò)調(diào)控材料的組分，采用兩步溶液法合成CuO納米粒子修飾多孔ZnO納米棒的p-n型復(fù)合納米材料。不同組分之間的協(xié)同作用能有效整流p-n結(jié)界面處的電子并調(diào)節(jié)界面勢(shì)壘高度，結(jié)合ZnO獨(dú)特的一維多孔納米

5、棒結(jié)構(gòu)，使得雜化材料在低溫下就表現(xiàn)出極好的H2S氣敏性能。本文也為開發(fā)其他高選擇性、高靈敏度、高穩(wěn)定性和低工作溫度的不同組分復(fù)合型氧化物氣敏材料提供了新的依據(jù)。
　　5.通過(guò)簡(jiǎn)單水熱法制備出不同形貌的ZnO微納米材料載體，然后分別采用不同的調(diào)控策略制備出貴金屬納米粒子修飾的金屬氧化物復(fù)合材料，并研究其氣敏性:
　　(1)采用傳統(tǒng)的氨水水解沉淀法，合成并研究了Au/ZnO納米線的氣敏性。首次報(bào)道了Au納米粒子在ZnO納米線載體

6、上的清晰分布狀態(tài)，并首次利用貴金屬Au修飾ZnO納米線基傳感器對(duì)苯和甲苯等有毒氣體進(jìn)行檢測(cè)，表現(xiàn)出比純相ZnO納米線增強(qiáng)的靈敏度和極高的響應(yīng)-恢復(fù)速度。貴金屬納米粒子特殊的電子作用和化學(xué)作用，結(jié)合了具有特殊形貌的金屬氧化物載體，可以相互促進(jìn)、提高傳感器的氣敏性。
　　(2)通過(guò)一步水熱法和后續(xù)焙燒處理制備出二維ZnO多孔微米片載體，然后利用賴氨酸輔助一步法將貴金屬粒子原位均勻地負(fù)載到載體表面，合成Au/ZnO多孔微米片復(fù)合物并證實(shí)