金屬氧化物微納米結(jié)構(gòu)的合成、調(diào)控及氣敏性能研究.pdf

1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低廉、環(huán)保、高效的合成策略和開發(fā)新型的微納米材料是微納米技術(shù)研究的重點(diǎn)，對(duì)于納米技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文圍繞著半導(dǎo)體金屬氧化物微納材料的結(jié)構(gòu)和組分調(diào)控，開發(fā)高性能的新型氣敏材料。結(jié)構(gòu)調(diào)控主要是利用微納米技術(shù)制備具有一維、三維、多級(jí)、多孔、核殼結(jié)構(gòu)以及暴露高指數(shù)晶面的微納米晶等微納材料；組分調(diào)控主要是制備具有復(fù)雜形貌的復(fù)合微納材料如貴金屬負(fù)載型金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)、復(fù)合金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)等。制備出一系列新穎的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組分可

2、控的金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容如下：
　　 1.通過不同方法制備出如下幾種多孔納米材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)或組分進(jìn)行調(diào)控，然后考察其氣敏性能。
　　 (1)通過前驅(qū)體.焙燒法制得多孔α-Fe2O3，并將其作為載體負(fù)載Au納米粒子，并用于氣敏研究。由于多孔α-Fe2O3的疏松孔隙結(jié)構(gòu)和Au納米粒子的催化作用，以及Au納米粒子與多孔α-Fe2O3之間的電子相互作用，Au/多孔α-Fe2O3表現(xiàn)出較好的氣敏性能，靈敏度高、重復(fù)性好。

3、
　　 (2)利用碳球模板法，制備出Ni摻雜的SnO2空心球，由于p型半導(dǎo)體NiO與n型半導(dǎo)體SnO2之間形成了p-n結(jié)，以及空心球的三維疏松通透結(jié)構(gòu)，Ni-SnO2空心球?qū)χ卮既缯〈嫉染哂休^好的選擇性、響應(yīng)也較高。這說明Ni基摻雜劑有望代替貴金屬添加劑制備氣敏材料，降低材料的合成成本。
　　 (3)水熱法制得水膽礬(Cu4(OH)6SO4)梭形微米片前驅(qū)體，并通過改變?nèi)芤簼舛?、水熱時(shí)間、表面活性劑的種類等系統(tǒng)地考察其

4、形成過程。然后將前驅(qū)體焙燒得到蠕蟲狀CuO微米結(jié)構(gòu)，該蠕蟲狀CuO微米片對(duì)乙醇和甲醇具有較好的響應(yīng)，但對(duì)乙醇更為敏感。
　　 2.首次利用氨基酸水熱仿生合成出堿式碳酸鋅三維多級(jí)結(jié)構(gòu)前驅(qū)體，并考察了其形成過程。前驅(qū)體焙燒得到比表面積高達(dá)193.7 m2/g的ZnO三維多級(jí)多孔納米結(jié)構(gòu)，再將其作為載體負(fù)載Au納米粒子。由于Au納米粒子的催化作用和ZnO三維多級(jí)多孔疏松結(jié)構(gòu)以及二者之間的電子相互作用，Au/ZnO三維多級(jí)多孔納米結(jié)構(gòu)表

5、現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能。這種合成策略對(duì)制備其它高級(jí)功能納米材料用于提高材料的性能具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 3.利用賴氨酸輔助一步負(fù)載法，以賴氨酸為保護(hù)劑，將負(fù)載Au/Pt納米粒子原位負(fù)載在金屬氧化物一維微納結(jié)構(gòu)表面，制備出Au(Pt)/ZnO亞微米棒和Pt/WO3納米棒，并用于氣敏研究。無需對(duì)載體或貴金屬納米粒子進(jìn)行表面修飾，簡(jiǎn)化了合成過程、降低了制備成本。由于貴金屬Au、Pt納米粒子的溢流效應(yīng)和催化作用，以及Au、Pt納米粒子與

6、載體氧化物之間的強(qiáng)電子相互作用使界面Schottky勢(shì)壘升高，促進(jìn)載體金屬氧化物對(duì)表面活性氧負(fù)離子的吸附，加速氣敏響應(yīng)過程，Au/ZnO亞微米棒和Pt/WO3納米棒的氣敏性能顯著提高。
　　 4.通過兩步水熱法和賴氨酸輔助一步法，制備出新穎的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)α-Fe2O3@SnO2/Au三元核殼納米紡錘體，并用于氣敏研究。該三元核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)由α-Fe2O3納米紡錘體核和負(fù)載Au納米粒子的SnO2殼層組成，由于Au納米粒子的催化作用、

7、各組分的協(xié)同作用、及特殊的核殼結(jié)構(gòu)，α-Fe2O3@SnO2/Au核殼結(jié)構(gòu)的氣敏性能得以顯著提高，靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)快。這對(duì)設(shè)計(jì)組分可調(diào)、形貌可控、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高級(jí)功能材料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用都具有一定的指導(dǎo)意義。
　　 5.以甲酰胺作為表面保護(hù)劑，通過水熱法制備出暴露高指數(shù){104}晶面的α-Fe2O3單分散菱形晶體(α-Fe2O3/{104})，并系統(tǒng)地研究了其形成機(jī)理。α-Fe2O3/{104)是通過β-FeOOH初級(jí)納米粒