本文關(guān)鍵詞：基于鉑—鈀修飾石墨烯的氫氣傳感性能研究

  更多相關(guān)文章： Pt-Pd納米顆粒 還原氧化石墨烯 氫氣傳感器 傳感性能

【摘要】：氫氣作為清潔高效的能源在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,但當(dāng)它在空氣中體積分?jǐn)?shù)超過(guò)4%時(shí)遇明火即會(huì)發(fā)生爆炸,且氫氣無(wú)色無(wú)味,泄漏時(shí)很難被察覺(jué),因此開(kāi)發(fā)具有良好性能的氫氣傳感器對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警顯得尤為重要。石墨烯具有大比表面積和高載流子遷移率等獨(dú)特性質(zhì),鉑(Pt)和鈀(Pd)金屬對(duì)氫氣具有較高的溶解性和選擇性,將Pt-Pd納米顆粒修飾到石墨烯表面制備氫敏材料,在構(gòu)筑高靈敏度的氫氣傳感器方面具有良好的前景。本文使用改進(jìn)Hummer法和超聲剝離法獲得了氧化石墨烯,通過(guò)一步還原法制備了鉑-鈀修飾還原氧化石墨烯(Pt-Pd/RGO)氫敏材料,Pt-Pd納米顆粒均勻分散在RGO表面;利用光刻工藝加工得到便于氫氣傳感器微型化和集成化的微電極陣列,通過(guò)介電泳沉積法將Pt-Pd/RGO氫敏感薄膜沉積在微電極上,實(shí)現(xiàn)了Pt-Pd/RGO氫氣傳感器的組裝;搭建了傳感器性能測(cè)試系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠模擬不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境并對(duì)氫氣傳感器性能進(jìn)行在線檢測(cè)。本文對(duì)Pt-Pd/RGO氫氣傳感器進(jìn)行了一系列性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),包括不同氫氣濃度下的I-V、靈敏度、重復(fù)性和穩(wěn)定性等測(cè)試;探究了不同環(huán)境因素如溫度、濕度、流速及氣體載體等對(duì)該氫氣傳感器性能的影響,獲得如下結(jié)論:1、對(duì)比RGO與Pt-Pd/RGO敏感薄膜在不同氫氣濃度下的I-V特性曲線,驗(yàn)證了Pt-Pd納米顆粒在氫氣傳感器中具有明顯的選擇性作用;2、在氫氣濃度逐漸增加的情況下對(duì)傳感器進(jìn)行連續(xù)性傳感性能測(cè)試,結(jié)果顯示傳感器具有良好的氫氣傳感性能,氣體響應(yīng)信號(hào)隨濃度的升高而增大;3、隨著循環(huán)的吸氫與脫氫過(guò)程,傳感器表現(xiàn)出良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性;4、該傳感器具有較高的響應(yīng)靈敏度,常溫下氫氣最低檢測(cè)限可達(dá)50ppm,傳感器的響應(yīng)時(shí)間隨著氫氣濃度的升高而縮短,恢復(fù)時(shí)間隨著氫氣濃度的升高而延長(zhǎng);5、不同環(huán)境因素下的研究結(jié)果表明:溫度、濕度、氣體載體等對(duì)傳感器的性能具有很大影響,而一定范圍內(nèi)傳感器的性能基本不受氣體流速的影響。6、該傳感器的氫氣響應(yīng)特性與Pd合金晶格膨脹、金屬氫化物的形成及石墨烯表面載流子濃度的改變這三者的綜合效應(yīng)相關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：Pt-Pd納米顆粒 還原氧化石墨烯 氫氣傳感器 傳感性能
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.2;TP212
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 石墨烯氫氣傳感器的研究背景和意義9-12
• 1.1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用9-10
• 1.1.2 氫氣傳感器簡(jiǎn)介10-12
• 1.1.3 石墨烯在氫氣傳感器中的應(yīng)用12
• 1.2 石墨烯氫氣傳感器的類型12-18
• 1.2.1 石墨烯/單一金屬氫氣傳感器13-15
• 1.2.2 石墨烯/合金氫氣傳感器15-16
• 1.2.3 石墨烯/金屬氧化物氫氣傳感器16-17
• 1.2.4 石墨烯/聚合物氫氣傳感器17-18
• 1.3 石墨烯氫氣傳感器敏感薄膜的制備方法18-21
• 1.3.1 氣相法18-20
• 1.3.2 液相法20-21
• 1.4 本文研究目的與研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 鉑-鈀/還原氧化石墨烯氫敏材料的制備與表征23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-26
• 2.2.1 氧化石墨烯的制備23-25
• 2.2.2 Pt-Pd/RGO氫敏材料的制備25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-30
• 2.3.1 表征手段26-27
• 2.3.2 氧化石墨烯的表征及分析27
• 2.3.3 Pt-Pd/RGO氫敏材料的表征及分析27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 石墨烯氫氣傳感器制作及測(cè)試系統(tǒng)搭建31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 石墨烯氫氣傳感器電極的設(shè)計(jì)與光刻法加工31-34
• 3.2.1 石墨烯氫氣傳感器電極的設(shè)計(jì)31-32
• 3.2.2 石墨烯氫氣傳感器電極的光刻法加工32-34
• 3.3 介電泳沉積法組裝Pt-Pd/RGO氫氣傳感器34-38
• 3.3.1 介電泳基礎(chǔ)理論34-35
• 3.3.2 Pt-Pd/RGO介電泳沉積原理35-36
• 3.3.3 Pt-Pd/RGO介電泳實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)36-37
• 3.3.4 Pt-Pd/RGO介電泳實(shí)驗(yàn)操作步驟37-38
• 3.4 傳感性能檢測(cè)系統(tǒng)的搭建38-40
• 3.5 傳感性能測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配氣法40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-43
• 第4章 鉑-鈀/還原氧化石墨烯的氫氣傳感性能研究43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 不同氫氣濃度下RGO與Pt-Pd/RGO的I-V特性43-45
• 4.3 Pt-Pd/RGO的氫氣傳感性能及機(jī)理探討45-50
• 4.3.1 Pt-Pd/RGO傳感性能表征方式45
• 4.3.2 Pt-Pd/RGO的氫氣傳感性能45-48
• 4.3.3 氫氣傳感機(jī)理探討48-50
• 4.4 不同環(huán)境下Pt-Pd/RGO的傳感性能研究50-56
• 4.4.1 溫度對(duì)Pt-Pd/RGO傳感性能的影響51-53
• 4.4.2 氣體流速對(duì)Pt-Pd/RGO傳感性能的影響53-54
• 4.4.3 氣體載體及濕度對(duì)Pt-Pd/RGO傳感性能的影響54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 第5章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 Pt-Pd/RGO氫氣傳感器的研究總結(jié)58-59
• 5.2 石墨烯氫氣傳感器的展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果66-67
• 致謝67

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