低維氧化鎢納米晶材料的制備與氣敏性能研究.pdf

1、氧化鎢(WO3)納米材料是一種性能優(yōu)越的功能材料，在氣敏傳感器、電致變色和化學(xué)催化等方面有重要應(yīng)用。低維WO3納米材料例如納米線、納米片、納米陣列等，由于其非常大的比表面積和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形貌，表現(xiàn)出更優(yōu)異的氣敏性能。本文重點(diǎn)研究了WO3納米片、納米柱的制備方法及其氣敏性能，并與WO3納米顆粒氣敏性能進(jìn)行對(duì)比，分析相關(guān)的氣敏機(jī)理，探討形貌和結(jié)構(gòu)對(duì)氣敏性能的影響。
　　 首先，本文采用WO3和Bi2O3為原料，煅燒并用硝酸處理獲得H2

2、W2O7·xH2O顆粒。再用H2W2O7·xH2O顆粒為原料和正辛胺在庚烷介質(zhì)中進(jìn)行插層反應(yīng)，制備高度有序的無機(jī)和有機(jī)層交替鑲嵌的鎢基無機(jī)-有機(jī)混雜納米帶。并通過鎢基無機(jī)-有機(jī)混雜帶前驅(qū)體制備合成H2WO4和WO3納米片。所得的WO3納米片構(gòu)成氣敏傳感器。WO3納米片傳感器對(duì)酒精、丙酮和NO、H2、CO氣體等具有很好的靈敏度和很短的響應(yīng)、恢復(fù)時(shí)間。在300℃工作溫度時(shí)，對(duì)于酒精和丙酮測(cè)試的響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間都要短于15s，在200℃時(shí)，對(duì)于

3、20 ppm NO氣體的靈敏度達(dá)到578。最重要是，在260-360℃工作范圍內(nèi)，WO3納米片傳感器對(duì)2-300 ppm濃度范圍內(nèi)的醇類化合物(甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇)的靈敏度與其蒸汽濃度呈很好的線性關(guān)系。
　　 其次，通過水熱法制備了WO3納米柱。用偏鎢酸銨為鎢源，添加聚乙二醇(PEG)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，在1 mol/L硝酸溶液中，水熱反應(yīng)制備WO3納米柱。WO3納米

4、柱的形貌和結(jié)構(gòu)通過掃描電鏡和XRD進(jìn)行表征分析。WO3納米柱傳感器對(duì)酒精、丙酮和NO氣體做系統(tǒng)的氣敏性能測(cè)試。結(jié)果顯示隨著水熱溫度的升高，氣敏性能提高，同時(shí)對(duì)酒精、丙酮和NO氣體具有較好好的氣敏性能。
　　 再次，用H2WO4納米顆粒在550℃直接煅燒獲得WO3納米顆粒，測(cè)試其氣敏性能，結(jié)果顯示W(wǎng)O3納米顆粒傳感器的氣敏性能要比WO3納米片和WO3納米柱都相差很多，尤其要比WO3納米片的氣敏性能低超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。