本文關(guān)鍵詞：氧化鋅基納米材料的制備及其氣敏性能

  更多相關(guān)文章： 氧化鋅 氣體傳感器 納米片 核殼納米結(jié)構(gòu) 金

【摘要】：氧化鋅(ZnO)是非常重要的半導(dǎo)體材料之一。在室溫條件下,氧化鋅的禁帶寬度為3.37 eV,使其能夠在很多方面得到很好的應(yīng)用,尤其是傳感器方向。在之前的研究中,氧化鋅類傳感器已經(jīng)在氣體氣敏測試中取得極好的成績,不同結(jié)構(gòu)的氧化鋅對分析氣體表現(xiàn)出特異的氣敏響應(yīng)。除了形貌的影響,貴金屬的加入也會大大的提高氧化鋅材料的氣敏性能,這樣的提高除了貴金屬的催化效果還有貴金屬與載體之間的協(xié)同作用。本論文通過水熱法合成兩類氧化鋅納米材料,一類是氧化鋅納米片,一類是Au@ZnO核殼材料,從結(jié)構(gòu)、形貌和貴金屬納米粒子催化作用等方面研究氣敏性能改善的方法。1.利用ZnCl2和氨水,通過簡單的水熱法制備出層狀的堿式氯化鋅Zn5(OH)8Cl2·H2O前驅(qū)體。在空氣中,高溫條件(400℃和500℃)下煅燒前驅(qū)體得到兩種不同形貌的氧化鋅材料,二者的結(jié)構(gòu)差異通過XRD、SEM、 TEM、FTIR、XPS等表征手段來體現(xiàn)。在400℃下煅燒制備的樣品為氧化鋅納米片,厚度～25nm。在500℃下煅燒的樣品,片層結(jié)構(gòu)被破壞納米粒子發(fā)生團聚生成納米圓片,形貌結(jié)構(gòu)發(fā)生很大改變。Zn0400納米片具有更高的化學(xué)吸附氧含量、高極性的晶面暴露和較窄的禁帶寬度(方便電子躍遷),為氣敏性能的增加提供了有利的條件。通過氣敏性能對比,Zn0400傳感器對乙醇的氣敏響應(yīng)值(-70)明顯高于Zn0500的氣敏響應(yīng)值(-37),體現(xiàn)了氧化鋅納米片在氣敏方面的優(yōu)越性。而且,Zn0400對乙醇的選擇性明顯提高,且響應(yīng)和恢復(fù)速度也非�？�(17s/6s),是一種有發(fā)展前景的傳感器材料。2.利用MOF模板合成Au@MOF-5,通過控制煅燒條件得到三種不同結(jié)構(gòu)的Au@ZnO核殼納米材料。同時,利用MOF-5晶體制備ZnO中空納米球。通過XRD,SEM,TEM,TGA,XPS和UV-vis DRS等技術(shù)對這些材料進行表征分析,并將這四種材料的氣敏性能進行對比,研究核殼結(jié)構(gòu)(yolk-shell)和貴金屬(Au)對氣敏性能的影響。在350℃下煅燒Au@MOF-5前驅(qū)體,可以得到結(jié)構(gòu)完整的yolk-shell結(jié)構(gòu)(S350),對丙酮展現(xiàn)出最優(yōu)的氣敏性能。S350對10 ppm丙酮的氣敏響應(yīng)為43,響應(yīng)和恢復(fù)時間也是極快的(15s/12s)。S350傳感器在低濃度的丙酮氣氛中,氣敏響應(yīng)與濃度有很好的線性關(guān)系,最低的檢測濃度低達50 ppb,說明該傳感器適用于低濃度丙酮的檢測。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 氣體傳感器 納米片 核殼納米結(jié)構(gòu) 金
【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】：TQ132.41;TB381
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 氧化鋅納米材料和納米傳感器13-17
• 1.1.1 氧化鋅納米材料及其氣敏性能13-14
• 1.1.2 ZnO納米傳感器的應(yīng)用14-17
• 1.2 氧化鋅納米材料氣敏性性能的改善方法17-21
• 1.2.1 通過形貌調(diào)控改善氣敏性能17-18
• 1.2.2 通過過渡金屬摻雜改善氣敏性能18-19
• 1.2.3 通過貴金屬負載改善氣敏性能19-21
• 1.3 二維納米材料及其應(yīng)用21-23
• 1.3.1 二維納米材料的研究進展21-22
• 1.3.2 二維納米材料的應(yīng)用22-23
• 1.4 貴金屬@氧化物核殼材料23-28
• 1.4.1 貴金屬@氧化物核殼納米材料的制備方法23-27
• 1.4.2 貴金屬@氧化物核殼納米材料的氣敏性能27-28
• 1.5 本論文研究的目的、意義和主要內(nèi)容28-31
• 1.5.1 研究目的和意義28-29
• 1.5.2 研究的主要內(nèi)容29-31
• 第二章 氧化鋅納米片可控合成及其氣敏性能31-49
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實驗部分32-36
• 2.2.1 實驗試劑32
• 2.2.2 實驗儀器32
• 2.2.3 氧化鋅納米片的制備32-34
• 2.2.4 納米片結(jié)構(gòu)和性能表征技術(shù)34-35
• 2.2.5 氧化鋅納米片氣敏性能測試測試35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-48
• 2.3.1 實驗條件對納米片結(jié)構(gòu)的影響36-40
• 2.3.2 氧化鋅納米片的結(jié)構(gòu)分析40-44
• 2.3.3 氧化鋅納米片的氣敏性能44-47
• 2.3.4 氧化鋅納米片對乙醇的氣敏機理47-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 第三章 MOF為模板合成Au@ZnO殼材料及其氣敏性能研究49-71
• 3.1 引言49-50
• 3.2 實驗部分50-53
• 3.2.1 實驗試劑50-51
• 3.2.2 實驗儀器51
• 3.2.3 Au@ZnO核殼納米材料的制備51-52
• 3.2.4 Au@ZnO核殼納米粒子的表征技術(shù)52
• 3.2.5 Au@ZnO核殼納米粒子的氣敏性能測試52-53
• 3.3 結(jié)果與討論53-70
• 3.3.1 實驗條件對Au@MOF-5結(jié)構(gòu)的影響53-58
• 3.3.2 核殼納米粒子的結(jié)構(gòu)分析58-64
• 3.3.3 Au@ZnO核殼納米粒子的氣敏性能64-69
• 3.3.4 Au@ZnO核殼納米粒子的氣敏機理69-70
• 3.4 本章小結(jié)70-71
• 第四章 結(jié)論71-73
• 參考文獻73-81
• 致謝81-83
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-85
• 作者和導(dǎo)師簡介85-86
• 附件86-87

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