在半導體金屬氧化物中,SnO₂因其帶隙大、優(yōu)異的電子遷移率以及優(yōu)異的穩(wěn)定性而在氣敏應用中得到了廣泛的研究。已經有多種方法將其合成為有用的納米結構形貌,如納米片、納米花、量子點等,以調整其氣敏性能。盡管有多種結構選擇,基于SnO₂的化學傳感器仍然缺乏對氣體的響應和對干擾氣體分子的準確識別選擇性,應用因而受到限制。復合金屬氧化物比單一金屬氧化物具有更好的性質,具有優(yōu)異的光學、電學、磁學性能,應用極為廣泛。本文首次報道了復合金屬氧化物CdSnO₃作為一種新型的氣敏材料可應用于硫化氫氣體的檢測。首先利用水浴法合成了純的SnO₂,進而制備了Cd摻雜的SnO₂、SnO₂-CdO復合材料以及不同形貌的復合金屬氧化物CdSnO₃。進行了表征和氣敏性能測試,發(fā)現(xiàn)多孔的CdSnO₃納米立方體傳感器的性能最為優(yōu)異。本文的主要內容如下:1.通過水浴法再經過煅燒處理獲得SnO₂納米材料。使用X射線電子衍射儀（XRD）... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：46 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

旁熱式氣敏元件截面圖

哈爾濱師范大學碩士學位論文6圖1-3a)In2O3/ZnO納米線尖端區(qū)域的高分辨透射和SAED模式圖[35]；b)ZnSnO3薄膜的電鏡圖[36]Fig.1-3a）HRTEMandSAEDpatternofthetipregionofIn2O3/ZnOnanowire[35].b)SEManalysisofZnSnO3films[36]1.5本文研究的內容本文制備了純的SnO2、以及Cd/Sn復合材料，測試了其氣敏性能。發(fā)現(xiàn)SnO2納米材料對硫化氫氣體的識別能力很強，但響應不高。相對于SnO2氣體傳感器，Cd摻雜的SnO2氣體傳感器的響應提高了2倍，證明Cd元素的引入的確可以改善硫化氫傳感器的性能，猜測還可能形成了復合物導致性能提高，進而制備了CdO-SnO2和混合材料CdSnO3納米顆粒。CdO-SnO2氣體傳感器對硫化氫的響應提高了但是還不夠高，CdSnO3納米顆粒響應很高但是出現(xiàn)了恢復問題。為了解決其恢復問題，采用自組裝策略，以PVP為模板，以NaOH為沉淀劑，首先通過共沉淀法制備出CdSnO3的前驅體(CdSnO3·3H2O)，再將CdSnO3前驅體放于水浴鍋內80°C攪拌6小時。之后，將得到的材料經700℃高溫煅燒1小時后制得多孔立方體形貌的復合金屬氧化物CdSnO3納米材料。測試其對多種氣體的響應。測試結果表明，多孔CdSnO3納米立方體氣體傳感器實現(xiàn)了對硫化氫氣體的高響應，高選擇性檢測以及低檢測濃度，最主要是解決了傳感器的恢復問題。推測原因可能是由于Cd元素的引入，Cd(1.69)的電負性小于Sn(1.96)，導致材料表面金屬氧鍵極化較大，因而有利于硫化氫的吸附[37-39]。另外，由于CdSnO3納米立方體為多孔結構具大的比表面積，有利于硫化氫氣體的擴散和傳輸，從而加快了傳感器裝置的響應和恢復，傳感器的響應恢復問題得以解決。另外CdSnO3結構中存在許多的氧缺陷，提供了更加豐富的活性位點，因此傳感器的響應也進一步提高了，但是不足的是其不能檢測更低濃度的氣體(<5ppm)

哈爾濱師范大學碩士學位論文8圖2-1a)銀摻雜SnO2薄膜的掃描電子顯微鏡圖片[42]；b)1.0wt%摻雜的Au/SnO2的透射電子顯微鏡照片[43]Fig.2-1a)SEMpictureofAgdopedSnO2film[42];b)TEMmicrographsof1.0wt%Au/SnO2[43]2.1.3SnO2復合氧化物的氣敏材料研究進展由于純SnO2氣敏材料對于氣體的選擇性、靈敏度和檢測極限有一定的局限性，而復合氧化物氣體傳感器表現(xiàn)出更優(yōu)異的氣敏性能，使得復合氧化物氣敏性的研究日漸受到科研工作者的青睞。iZeng等人[44]研究了Sn和Zn的復合氧化物，利用水熱法制備了圖2-2a)所示的ZnSnO3納米籠，測試結果表明，310℃時傳感器對H2S具有高響應、快速響應恢復和選擇性好等優(yōu)點，ZnSnO3納米籠作為H2S傳感器具有良好的應用潛力。XiaohuaZhao等人[45]研究了Sn和Cd的復合氧化物，使用水熱法合成了CdSnO3納米材料，形貌如圖2-2b）所示。結果表明，在室溫條件下，CdSnO3氣體傳感器對1ppm氯氣具有10.5的高響應，對于5ppm的氯氣響應值可達1338.9，表明了其在室溫條件下對于氯氣檢測具有良好的應用前景。JustinT等人[46]研究了Sn和In的復合氧化物，以SnCl4·6H2O和InCl3·H2O為原料，以氨水為沉淀劑，成功的合成了了SnO2-In2O3復合氧化物，對于CO氣體的敏感性明顯高于基于純SnO2的傳統(tǒng)傳感器。圖2-2a）ZnSnO3納米籠的電鏡照片[44]；b)CdSnO3的掃描電鏡圖[45]Fig.2-2a)ApanoramicoftheZnSnO3products[44].b)TheSEMimagesofCdSnO3[45]上述結果表明Sn與Zn、Cd、In等金屬的復合氧化物具有非常良好的氣敏性


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