Co3O4基納米復合材料的可控制備及NOx氣敏性能研究.pdf

1、本文針對傳統(tǒng)半導體材料在室溫下響應普遍偏低的問題，旨在研究制備室溫下具有超靈敏的NOx傳感器材料。以p型金屬氧化物半導體Co3O4和CuO作為基底材料，可控制備了Co3O4/CuO納米復合材料以及Co3O4/CuO-EG復合材料。采用XRD、IR、SEM、TEM、XPS等表征測試手段對合成材料進行了形貌及結構分析，室溫條件下對復合材料進行了NOx氣敏性能研究，并初步分析了材料形成機理和氣敏機理。
　　首先，通過簡便的水熱-煅燒法合

2、成了不同摩爾比的高度多孔和分層結構的Co3O4/CuO納米片，分析了摻雜不同摩爾比CuO對Co3O4/CuO納米復合材料的形貌結構以及氣敏性能的影響。相比純Co3O4，摻雜CuO后合成材料Co3O4/CuO的載流子密度增大，氣敏性能顯著增強。Co3O4與CuO摩爾比為2∶1的CC2-1樣品NOx氣敏性能最佳，納米晶體顆粒相互交聯，構成了二維多孔分層納米片，平均片層厚度約為5nm，并形成介孔結構，孔隙率最高。該樣品在室溫(RT=21℃)下

3、對1000ppm NOx的氣敏響應高達14.16，響應時間短至2s，檢測限低至0.01ppm，具有良好的可逆性和選擇性。CC復合材料優(yōu)良的氣敏性能源于合適比例的CuO和成孔劑NaHCO3的加入，在二者共同作用下形成了獨特的分層異質結結構，使復合材料具有較高的孔隙率和更多的缺陷位，最終化學吸附能力顯著增強。
　　其次，將多孔分層的Co3O4/CuO納米材料與納米碳材料膨脹石墨(EG)復合，通過真空輔助法合成了具有三維結構的Co3O4

4、/CuO-EG復合材料，對其形貌結構及室溫下NOx氣敏性能進行了研究。同樣，Co3O4與CuO摩爾比為2∶1的Co3O4/CuO-EG樣品室溫下對NOx的氣敏響應高達16.1，檢測限低至0.03ppm，并且具有良好的選擇性和重復性。相比Co3O4/CuO系列材料，三相Co3O4/CuO-EG材料具有3D結構，EG在合成過程中起到了模板作用，使納米片更薄、尺寸更小，并形成了Co3O4/CuO納米立方體微粒。優(yōu)良的氣敏性能源于負載納米立方體