本文關(guān)鍵詞：氧化鋅多孔復(fù)合納米材料的制備及其氣敏性能研究

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【摘要】：氧化鋅(ZnO)作為一類重要的n-型半導(dǎo)體氣敏傳感材料,如何提高其靈敏度和選擇性一直是研究的熱點。材料的組分和結(jié)構(gòu)是影響氣敏性能的關(guān)鍵因素,高價銦元素(In)摻雜到ZnO晶格中會釋放出自由電子；金元素(Au)具有催化活性,有利于電子轉(zhuǎn)移；三維有序大孔結(jié)構(gòu)(3DOM)擁有較大的比表面積和較多的孔結(jié)構(gòu),可以提供較多的活性位點。目前,在氣敏傳感領(lǐng)域雖然有關(guān)金屬元素?fù)诫s或者貴金屬負(fù)載ZnO材料研究的工作很多,但是ZnO摻In負(fù)載Au這種多金屬復(fù)合材料研究較少,而且3DOM結(jié)構(gòu)的ZnO復(fù)合材料還未曾有人關(guān)注。本文分別制備了3DOM ZnO納米材料、3DOM ZnO摻In納米材料和3DOM ZnO摻In負(fù)載Au納米材料,并對材料組分、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系進行了研究。具體內(nèi)容如下：1、合成了一系列3DOM ZnO摻雜不同摩爾比In的納米材料并對其進行氣敏性能研究,結(jié)果表明適量In摻雜可以有效提高材料對乙醇的靈敏度和選擇性。3DOM ZnO/5%In在最佳工作溫度250℃時對100 ppm乙醇靈敏度約為88,與純的3DOM ZnO相比,靈敏度提升了近兩倍,工作溫度降低了約35℃。通過掃描電鏡、透射電鏡、氮氣吸脫附等表征手段,證明合成的3DOM樣品具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,3DOM結(jié)構(gòu)這種特殊形貌有效提高了材料的氣敏性能。利用X射線衍射、拉曼光譜、霍爾效應(yīng)、X射線光電子能譜等表征技術(shù)探討了氣敏機理,在In摻雜摩爾百分比低于5 at.%時,隨著In摻雜摩爾百分比的增加,載流子濃度逐漸升高,化學(xué)吸附氧含量增多,氣敏靈敏度隨之升高。當(dāng)In摻雜摩爾百分比超過5 at.%時,隨著In摻雜摩爾百分比的增加,結(jié)晶性下降程度嚴(yán)重,導(dǎo)致載流子濃度逐漸降低。2、利用膠晶模板法一步制備了摻In負(fù)載Au的3DOM ZnO三元復(fù)合納米材料,制備方法操作簡單,原料成本低廉,合成過程損失少,產(chǎn)物產(chǎn)率高,且綠色無污染,適合工業(yè)化生產(chǎn)。In摻雜摩爾百分比為5 at.%且Au負(fù)載摩爾百分比為0.05 at.%時,材料在250℃下對100 ppm乙醇的靈敏度高達240,材料靈敏度大大提升,成功達到了材料改性的目的。氣敏機理研究表明,在3DOM ZnO摻In負(fù)載Au的三元復(fù)合納米材料中,適量的In摻雜增大了材料的載流子濃度,適量Au負(fù)載的作用是增強載流子遷移率,二者協(xié)同作用使得ZnO材料表面化學(xué)吸附氧含量增加,從而提高了材料的氣敏性能。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ132.41

【參考文獻】

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1 Rajesh Kumar;O.Al-Dossary;Girish Kumar;Ahmad Umar;;Zinc Oxide Nanostructures for NO_2 Gas Sensor Applications:A Review[J];Nano-Micro Letters;2015年02期

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本文編號：1289874