【摘要】：氣體傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、公共安全等各個(gè)領(lǐng)域,因此先進(jìn)氣體傳感器的開發(fā)至關(guān)重要,而尋找和設(shè)計(jì)高效的氣敏材料是其中的關(guān)鍵。有序介孔金屬氧化物具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)、高的比表面積是一類非常有前景的氣敏材料。與常見的n型有序介孔金屬氧化物相比,p型有序介孔金屬氧化物的氣敏響應(yīng)通常較低,研究較少。本論文以p型半導(dǎo)體氧化鎳為例,設(shè)計(jì)、合成了一系列有序大介孔鎳基氧化物材料,通過骨架結(jié)構(gòu)與成份調(diào)控及貴金屬修飾顯著提高了其氣敏性能。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一,采用有序介孔氧化硅KIT-6為模板、硝酸鎳為前驅(qū)體,通過硬模板法合成了一系列有序介孔氧化鎳材料。(1)改變前驅(qū)體煅燒溫度(300℃、400℃、500℃、600℃、750℃)發(fā)現(xiàn)所合成的介孔材料具有大孔徑(11 nm)及較高的比表面積(121～129 m2/g);(2)氣敏測試結(jié)果顯示其對甲醛氣體的響應(yīng)隨煅燒溫度升高而變大,其對90 ppm甲醛的響應(yīng)(Rgss/Rair)最大可達(dá)21.2。第二,采用有序介孔氧化硅KIT-6為模板、硝酸鉻及硝酸鎳為混合前驅(qū)體,通過硬模板法合成了一系列鉻摻雜有序介孔氧化鎳材料。(1)改變混合前驅(qū)體摩爾比例(Cr/Ni=0.1、0.15、0.2、0.25、0.3),所得材料保持了有序的大孔徑(11 nm)結(jié)構(gòu);(2)鉻離子的引入導(dǎo)致材料中空穴載流子濃度的降低、電阻率增加以及比表面積顯著增加(184～293 m2/g)從而使得其對甲醛氣體的響應(yīng)顯著提升,當(dāng)Cr/Ni增加到0.2時(shí)所得材料對甲醛氣體的響應(yīng)達(dá)到最高,其對90 ppm甲醛的響應(yīng)(476)較純介孔氧化鎳提升了 126倍,進(jìn)一步增加Cr/Ni,導(dǎo)致NiCrO4雜相形成,使得氣敏響應(yīng)降低。第三,采用KIT-6為模板、四氯化錫及硝酸鎳為混合前驅(qū)體,通過硬模板法合成了一系列錫摻雜的有序介孔氧化鎳材料。(1)改變混合前驅(qū)體摩爾比例(Sn/Ni=0.1、0.15、0.2、0.25、0.3),所得材料同樣保持了有序的大介孔(11 nm)結(jié)構(gòu),;(2)錫離子的引入導(dǎo)致材料中空穴載流子濃度的降低、電阻率增加以及比表面積顯著提升(171～218m2/g)使得其對甲醛氣體的響應(yīng)顯著提升,當(dāng)Sn/Ni增加到0.25時(shí)時(shí)所得材料對甲醛氣體的響應(yīng)達(dá)到最高,其對90 ppm甲醛的響應(yīng)(346)較純NiO提升91倍,進(jìn)一步增加Sn/Ni,出現(xiàn)SnO2雜相使得氣敏響應(yīng)降低。第四,采用KIT-6為模板,硝酸鉻、硝酸鎳及貴金屬鹽為混合前驅(qū)體,通過硬模板法合成的系列貴金屬(Au、Pt、Ag、Pd)修飾的鉻摻雜有序介孔氧化鎳材料依然保持了有序的大孔徑(11 nm)結(jié)構(gòu)及較大的比表面積(221～268 m2/g)。(1)修飾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Au、Pt時(shí),其對90 ppm甲醛的響應(yīng)(Rgas/Rair)為878、1069,分別是鉻摻雜有序介孔氧化鎳的1.84倍、2.25倍,進(jìn)一步提升了材料的甲醛氣敏響應(yīng);(2)Ag、Pd修飾時(shí),甲醛氣敏性能下降。
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.4;TP212
【圖文】：

驅(qū)體與模板混合并控制合成條件，形成目標(biāo)產(chǎn)物與模板的復(fù)合物，再去除模板，得到具有介孔結(jié)逡逑構(gòu)的目標(biāo)產(chǎn)物的一種方法，常用于介孔材料合成。根據(jù)所選模板性質(zhì)的不同，模板法可以分為“軟逡逑模板”法和“硬模板”法。具體合成路線如圖１．１所示。軟模板是指相有機(jī)表面活性劑等相對柔逡逑軟的材料，硬模板法則是相對較硬的固體材料，如二氧化硅、碳、氧化鋁等。逡逑－１邋－逡逑

Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（Ｐ／Ｐ0）邐Ｐｏｒｅ邋Ｄｉａｍｅｔｅｒ（ｎｍ）逡逑圖３－２邋ＫＩＴ－６－４０的NB等溫吸附？脫附曲線和孔徑分布曲線圖逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｎ２邋ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ邋ａｎｄ邋ｐｏｒｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ＫＩＴ－６－４０逡逑圖３－３為ＫＩＴ－６－４０的小角ＸＲＤ衍射圖。從圖中可以看到小角度下衍射峰清晰可見，其布拉逡逑格衍射峰依次為（２１１）、（２２０）晶面衍射峰，與文獻(xiàn)報(bào)道一致。由此判斷制備出的模板材料為立逡逑方有序Ｉａ３ｄ結(jié)構(gòu)的介孔材料。逡逑６Ｅ４Ｐ逡逑５Ｅ４邋－邐＾逡逑＾邋４Ｅ４邋－邐｜逡逑Ｉ；邋３Ｅ４邋■邐／逡逑１邋２Ｅ４邋■邋ｙ邋Ｉ逡逑１Ｅ４邋？邐＼逡逑0邋，逡逑１邐２邐３邐４邐５逡逑２ｔｈｅｔａ邋（°）逡逑圖３－３介孔ＫＪＴ－６－４０的小角ＸＲＤ逡逑Ｆｉｇ．３－３邋Ｌｏｗ－ａｎｇｌｅ邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ邋ＫＩＴ－６－４０逡逑３．３．２介孔ＮｉＯ的結(jié)構(gòu)表征逡逑圖３－４所示為體相的ＮｉＯ的掃描電鏡圖片，圖中可以看出其形貌大小不一，顆粒尺寸在0．２？２逡逑｜ｉｍ之間。逡逑－２２邋－逡逑

圖３－邋４體相ＮｉＯ的ＳＥＭ圖逡逑Ｆｉｇ．３－４邋ＳＥＭ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｂｕｌｋ邋ＮｉＯ逡逑圖３－５邋ａ）所示為以介孔ＫＩＴ－６－４０為模扳在不同qF燒溫度下的到的介孔ＮｉＯ的小角ＸＲＤ圖逡逑譜。由圖得知，所有合成樣品都有一個(gè)（２１】）衍射峰，說明合成的材料很好地復(fù)制了介孔ＫＩＴ－６－４０逡逑的介觀有序結(jié)構(gòu)。并且在更低的角度下出現(xiàn)了一個(gè)很強(qiáng)的（１１０）衍射峰，這是由于介孔ＮｉＯ的逡逑主孔道和連通孔較小，導(dǎo)致其在復(fù)制介孔ＫＩＴ－６結(jié)構(gòu)的時(shí)候由于孔道的不連通導(dǎo)致其只填充了介逡逑孔模板的一套孔道，經(jīng)過ＮａＯＨ腐蝕后，未填充的孔道和介孔ＫＩＴ－６－４０模板的孔壁變成了介孔逡逑ＮｉＯ的孔，致使其孔徑變大（孔徑為介孔ＫＩＴ－６模板的兩套孔壁的厚度和孔徑之和），衍射峰出逡逑現(xiàn)在更低的角度。值得注意的是本實(shí)驗(yàn)合成的樣品沒有（３３２）衍射峰，這與文獻(xiàn)報(bào)道不太一致，逡逑表明用該方法合成的樣品有序度有所降低。此外，隨著焙燒溫度的提升，并未出現(xiàn)大角度衍射峰逡逑位及半峰寬的變化

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙靖;介孔氧化物半導(dǎo)體的制備及其化學(xué)傳感特性的研究[D];吉林大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 魏偉;貴金屬摻雜和表面修飾對氧化物半導(dǎo)體氣敏性能影響的研究[D];吉林大學(xué);2017年

2 林穎;基于摻雜、表面修飾及材料復(fù)合等方法提高氣體傳感器氣敏性能的研究[D];吉林大學(xué);2016年

3 丁昌;介孔三氧化二鉻基氣體傳感器的研究與應(yīng)用[D];寧夏大學(xué);2016年

4 申國鑫;鎳基介孔金屬氧化物的制備及其在氣體傳感器中的應(yīng)用[D];寧夏大學(xué);2015年

5 曹國輝;甲醛氣體傳感器的研制[D];黑龍江大學(xué);2015年

本文編號：2804733