一維金屬氧化物Mox(M=Sn,Zn)復合材料的合成及氣敏性研究.pdf

1、二氧化錫是一種重要的n型功能半導體材料在多方面有著廣闊的應用價值，特別是在氣敏元件的敏感材料應用方面有著重要的研究價值和實用意義。但目前所報道的SnO2作為氣敏材料都需要較高的檢測工作溫度，合成工藝繁瑣、耗費高昂、形貌不易控制等不足。NOx是一種被廣泛認為的有毒氣體，可以引起呼吸系統(tǒng)疾病并且給環(huán)境帶來嚴重的破壞。因此，以低成本制備出環(huán)境友好、高靈敏度和迅速響應的NOx傳感器是十分重要和有意義的，室溫檢測條件的傳感器更方便于實際應用和推廣

2、。
　　 本文采用高壓靜電紡絲法制備了具有獨特的優(yōu)異性的一維SnO2納米材料，首先，在惰性氣氛下煅燒電紡纖維制得了SnO2與多孔碳的復合材料，并進行了NOx氣敏性能的測試，探討了其響應機理，具有一定的理論與實際意義。
　　 另外，通過電紡PVP溶膠溶液制備出的一維納米纖維，采用直接焙燒熱處理得到了SnO2空心納米管(TONTs)。使用PVP的目的是它可以增加溶液的粘度使電紡順利進行，PVP同時也可以控制晶粒的大小從而提高

3、氣敏性能。TEM和Raman等研究表明SnO2空心納米管(TONTs)的管壁是由尺寸均一的SnO2納米粒子組成，具有獨特的電子傳輸性，高的理化面積和良好的氣敏響應。另外一個晶粒以四面或更多接觸面與其它晶粒燒結(jié)而成，頸部接觸截面數(shù)增加，因此具有良好的電子傳輸性質(zhì)使其提高了氣敏傳感器性能。并通過密度泛函理論計算不同晶面吸附NOx的特點，指出了穩(wěn)定存在的最優(yōu)吸附晶面。
　　 為了進一步增強材料對NOx的吸附能力，提高SnO2納米材料對

4、NOx的靈敏度，我們采用了高壓靜電紡絲方法制備了不同比例Ca2+摻雜一維疏松結(jié)構(gòu)的SnO2納米纖維材料，通過調(diào)控PVP的加入量，控制溶液的粘度，得到了氣敏性能較好的一維SnO2纖維結(jié)構(gòu)。SEM和TEM研究表明，不同比例的Ca2+摻雜，焙燒后都得到了由SnO2納米顆粒組成的一維結(jié)構(gòu)；當未摻雜元素和2at％Ca2+摻雜時得到較為疏松多孔的一維納米棒，且當Ca2+的摻入量為2at％時SnO2顆粒尺寸較小，另外兩個比例(Ca2+摻雜4，8at％

5、)時得到的一維納米棒結(jié)構(gòu)較為致密。氣敏檢測結(jié)果表明，與SnO2空心納米管(TONTs)相比，Ca2+的摻入量為2at％SnO2納米纖維材料對NOx氣體的響應的靈敏度顯著提高，同時對于NOx氣體的選擇性也最好。這是由于CaO存在于SnO2晶粒之間能夠抑制SnO2納米粒子聚集和長大，控制SnO2粒子Ca2+的摻入量為2at％時并沒有破壞SnO2一維納米結(jié)構(gòu)電子的傳輸?shù)男阅?，且CaO作為堿性吸附中心，能夠增強其對NOx的吸附能力，使其電導率有