α-MoO3納米材料的固相化學(xué)合成及氣敏性能.pdf

1、半導(dǎo)體氧化物氣敏材料在有毒有害、易燃易爆氣體的檢測、監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)有半導(dǎo)體氧化物氣敏材料對多種氣體有著很好的響應(yīng)，但仍存在工作溫度高和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因而開發(fā)新型綜合性能優(yōu)異的半導(dǎo)體氧化物氣敏材料有著重要意義?，F(xiàn)有合成氧化物氣敏材料的方法往往對實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，實(shí)驗(yàn)過程繁瑣，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，開發(fā)一些設(shè)備簡單、合成步驟少且條件溫和的合成方法非常必要。近年來，MoO3作為一種新的氣敏材料被人們發(fā)現(xiàn)也越來越受到國內(nèi)外研究者的重視。本

2、文采用簡單、方便、高效且綠色環(huán)保的低熱固相化學(xué)反應(yīng)合成α-MoO3納米材料，研究了不同反應(yīng)物、不同反應(yīng)比例等條件對該材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，探究其微觀結(jié)構(gòu)與氣敏性能之間的關(guān)系，并通過稀土元素、金屬元素的摻雜對其進(jìn)行了改性研究。本論文主要包括以下內(nèi)容：
　　(1)采用鉬酸銨和有機(jī)酸先在室溫條件下發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)合成前軀體，再將前軀體煅燒制備了α-MoO3納米材料，考察了不同的反應(yīng)物、不同的反應(yīng)比例、不同的前驅(qū)體煅燒溫度以及添加不同的表面

3、活性劑等因素對α-MoO3納米材料的形貌以及氣敏性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：反應(yīng)物、反應(yīng)物比例、煅燒溫度、表面活性劑對α-MoO3的形貌有影響，進(jìn)而影響到α-MoO3的氣敏性能。反應(yīng)物有機(jī)酸為草酸時，反應(yīng)速率較快，所得α-MoO3樣品有較小的尺寸和較好的氣敏性能，該樣品對100 ppm二甲苯響應(yīng)值為11.4；鉬酸銨與草酸比例為1:5時，固相反應(yīng)產(chǎn)物α-MoO3為形貌均勻且尺寸較小的納米片，該納米片對100 ppm二甲苯響應(yīng)值為10.2；前

4、驅(qū)體煅燒溫度為450℃時固相反應(yīng)的產(chǎn)物有較適宜的成核和生長速率，可得到形貌均勻且氣體響應(yīng)較好的α-MoO3納米材料；固相化學(xué)反應(yīng)體系添加PEG-400后，改變了固相反應(yīng)的微環(huán)境，得到納米棒自組裝的陣列結(jié)構(gòu)，該納米陣列對100 ppm二甲苯的響應(yīng)值達(dá)到16.5。
　　(2)選擇了3種稀土元素(Y、Yb、Pr)分別對α-MoO3納米棒陣列進(jìn)行了摻雜改性，研究了摻雜物質(zhì)種類以及摻雜量對納米棒陣列氣敏性能的影響，并對其氣敏響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分

5、析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：稀土元素Y、Yb、Pr的摻雜可以使α-MoO3納米材料的氣體響應(yīng)值有不同程度的提高。相比于其它摻雜樣品，摻雜Y的樣品對二甲苯氣體表現(xiàn)了更高的響應(yīng)值，其中Y摻雜量為1％的樣品對二甲苯的響應(yīng)值達(dá)到30.8，約為未摻雜樣品的兩倍(未摻雜樣品的響應(yīng)值為15.8)。Yb摻雜量為5%的樣品的響應(yīng)值達(dá)到23.2，而摻雜量為7%的樣品響應(yīng)值也達(dá)到21.2。
　　(3)選擇了6種金屬元素(Fe、Co、Ni、Zn、Sn、In)分別對

6、α-MoO3納米棒陣列進(jìn)行了摻雜改性，研究了摻雜物質(zhì)種類以及摻雜量對納米棒陣列氣敏性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：金屬元素的摻雜不僅可以使α-MoO3納米棒陣列的工作溫度下降，由370℃降至340℃；還可以不同程度地提高α-MoO3納米棒陣列的響應(yīng)值，其中鐵摻雜量為0.3%的樣品對二甲苯的響應(yīng)值達(dá)到26.4，Sn摻雜量為0.5%的樣品對二甲苯的響應(yīng)值達(dá)到25.2，Co摻雜量為3%的樣品對二甲苯的響應(yīng)值達(dá)到24.2，Zn摻雜量為0.7%的樣品對