基于TiO2納米空心球甲醛氣體傳感器的研究.pdf

1、甲醛作為一種常見的有毒氣體，其檢測至關重要。然而，目前報道的半導體氧化物甲醛傳感器往往需要在高溫下工作，才能檢測到ppm級別的甲醛濃度。一方面，在高溫下工作的傳感器有功耗大和安全系數(shù)低的缺點;另一方面，國際上對甲醛的要求標準低至ppb級別，但是目前所報道的檢測極限都在ppm級別以上。所以，研發(fā)出具有高比表面積的TiO2納米材料，并用紫外光照射作為提高傳感器靈敏度和降低工作溫度的手段，是降低甲醛檢測下限的一個理想研究方向。
　　本文

2、制備出了TiO2的納米空心球，探索了基于該半導體材料的傳感器的性能，結果顯示，傳感器在紫外光照射和室溫的條件下，能夠檢測到ppb級別的甲醛，響應靈敏度高、速度快、并且對甲醛具有唯一選擇性。通過將In2O3納米顆粒在TiO2空心球表面進行修飾，改變了改傳感器的選擇性，該傳感器顯示對NO2有很高的響應。
　　首先，本文采用模板法制備了表面具有微孔隙的TiO2納米空心微球。利用水熱法制備出納米級的碳球，然后利用鈦酸四丁酯緩慢水解法在碳球

3、的表面生長出一層極薄的氫氧化鈦，通過高溫450℃煅燒兩個小時，得到了直徑和球殼厚度可控制的TiO2納米空心球，并對該材料進行了XRD、SEM、TEM、PL和XPS等表征和分析。其次，基于所制備的材料，制備了以叉指電極為基板的電阻型甲醛傳感器。研究了該傳感器對UV的響應情況，以及在紫外光的催化下，該傳感器對甲醛的響應靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、重復性和響應恢復時間等。研究了基于TiO2空心球傳感器對甲醛分子的反應機理。測試結果顯示，該傳感器對

4、紫外光的響應恢復時間很快，其恢復時間是基于商用納米顆粒傳感器的4000倍。常溫紫外光下，該傳感器對甲醛的靈敏度高達4000％，響應恢復時間分別控制在40s和1min以內。隨甲醛濃度的增加，該傳感器的靈敏度按照指數(shù)的增長趨勢增加。該傳感器對甲醛的探測極限低至ppb級別，對甲醛具有唯一選擇性。為了進一步研究球殼厚度和氣敏的關系，制備出了球殼厚度只有8nm左右的TiO2空心球，結果顯示氣敏性能有所提高，這歸結于半導體材料的特征尺寸已經(jīng)幾乎接近