量子點(diǎn)摻雜介孔氧化鈦薄膜的制備及其光增強(qiáng)傳感研究.pdf

1、易揮發(fā)有機(jī)化合物(Volatile organic compounds，VOCs)作為空氣污染的重要成分，不僅會對人體產(chǎn)生危害，而且是疾病甚至是癌癥的誘因。然而，目前，用來檢測VOCs氣體的傳統(tǒng)化學(xué)傳感器穩(wěn)定性差、可持續(xù)性短。本文研究的金屬氧化物半導(dǎo)體(TiO2)因其環(huán)境友好、選擇性良好、可靠穩(wěn)定和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛的關(guān)注。但是，在實際運(yùn)用中卻受到其低量子效應(yīng)和寬禁帶寬度的限制，使其具有高的光生電子空穴復(fù)合率以及無法吸收可見光的缺陷。

2、為了延長TiO2中光生電子空穴對的壽命和窄化其禁帶寬度，提高材料及相關(guān)器件的響應(yīng)，本文利用石墨烯基材料與TiO2的協(xié)同作用和紫外光激發(fā)傳感材料，使傳感材料表面產(chǎn)生光生電子-空穴對，增加載流子濃度，有效地提高TiO2基傳感器的響應(yīng)。我們的主要工作分為以下部分:
　　(1)利用溶膠-凝膠法制得Pt/GQDs-TiO2溶膠溶液以及Pt/GQDs-TiO2介孔復(fù)合薄膜。
　　(2)對制得Pt/GQDs-TiO2介孔復(fù)合薄膜進(jìn)行處理和

3、表征。主要從后蒸處理和焙燒兩個方面進(jìn)行研究。其中，后蒸處理研究中，考慮了分溫度和時間的改變;研究焙燒是，主要考慮了溫度的改變。材料的表征研究主要包括利用紫外-可見分光光度計(UV-vis)分析、熒光光譜(PL)分析、X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)以及原子力顯微鏡(AFM)對焙燒之后的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌的表征。表征結(jié)果表明:GQDs被成功地均勻地?fù)饺虢榭讖?fù)合材料;該介孔復(fù)合材料的晶粒平均尺寸約為10nm，介孔TiO2晶相

4、為銳鈦礦;同時可以清晰地看到TiO2晶粒良好的結(jié)晶度以及有序的孔道。
　　(3)將獲得的Pt/GQDs-TiO2介孔復(fù)合材料薄膜制備成傳感器，并在室溫下研究紫外光照射下對多種VOCs氣體的傳感性能增強(qiáng)，主要包括(i)考慮檢測氣體不變，對傳感器進(jìn)行周期性和穩(wěn)定性的研究;(ii)利用傳感器對不同濃度的多種VOCs進(jìn)行檢測。實驗結(jié)果表明紫外輻照對增強(qiáng)介孔復(fù)合材料傳感器的檢測性能有巨大的提高，特別是在對苯的檢測中，如果無紫外光照射，傳感器

5、對濃度為25ppm苯幾乎沒有電阻響應(yīng);在有紫外輻照時，同樣的薄膜傳感器對濃度為25ppm苯展現(xiàn)出了良好的電阻響應(yīng)，響應(yīng)和回復(fù)時間分別為8s和23s。綜合對多種VOCs氣體（乙醚、苯和乙醇等）的檢測分析，我們發(fā)現(xiàn)紫外輻照對整個傳感系統(tǒng)的電阻響應(yīng)都有了較大的增強(qiáng)效應(yīng)。此外，當(dāng)紫外光照射原本對VOCs沒有電阻響應(yīng)的n型未焙燒的Pt/GQDs-TiO2介孔復(fù)合材料時，Pt/GQDs-TiO2介孔復(fù)合材料不僅由n型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換成了p型半導(dǎo)體，而且還