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酸根离子对锡基纳米气敏材料性能影响的研究

作　者: 秦楠
导　师: 娄向东
学　校: 河南师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 锡基氧化物酸根离子掺杂气敏性能纳米材料
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

现代工业产生大量的废气,汽车尾气的排放增多,家庭普遍使用天然气、煤气、液化石油气,这些一方面造成严重的大气污染,对生态环境造成破坏,另一方面存在火灾、爆炸、使人中毒等安全隐患。为检测各种气体,尤其是环境中有毒有害气体,各种气体传感器已成为人们研究的热点。研究发现纳米金属氧化物和金属复合氧化物半导体材料具有气敏特性,但是这些纯相单一的材料用作气敏材料时,存在灵敏度低、选择性差、响应恢复缓慢等缺点,不能很好的应用于实际之中,为了提高材料的气敏性能,可以通过改变或控制材料的形貌,进行掺杂改性等来实现。为了尽量排除其他杂质离子的干扰,本文采用溶解热解法制备出了纳米SnO₂,使用不同的Zn盐制备出了Sn-Zn复合氧化物,在制备过程中引入了不同的酸根离子,以研究这些离子对材料气敏特性的影响,并对所得到的结果加以分析。实验结果表明,不同的酸根离子所造成的影响是不同的。1.按照酸和SnO₂的重量比为3%,5%和7%,分别在前躯体中加入了硫酸、硝酸、盐酸几种不同的酸,然后分别经过500℃和600℃煅烧,通过XRD检测表明,制得具有金红石结构的纳米SnO₂粉体,对所得的纳米材料进行气敏性测试,发现这些掺酸以后的纳米SnO₂粉体对于某些气体所表现出来的气敏性能要大大的高于纯的纳米SnO₂粉体。在500℃下煅烧制得的重量比为3%的硫酸掺杂纳米SnO₂,对于不同的测试气体,在工作温度为175℃时,对浓度仅为5ppm的H2S气体的灵敏度可达到46.8,对浓度为50ppm的H2S气体的灵敏度达到156.7,而在相应条件下,纯的纳米SnO₂灵敏度较低。在500℃下煅烧制得的重量比为3%的硝酸掺杂纳米SnO₂,在所有测试气体中,当工作温度为175℃时,对浓度仅为10ppm的Cl₂的灵敏度可达316.5,对浓度为100ppm的Cl₂的灵敏度达到587.2;而相应条件下,纯的SnO₂的灵敏度则分别为89.1和96.8。在600℃下煅烧制得的重量比为3%的盐酸掺杂纳米SnO₂,检测多种不同气体,在工作温度为175℃时,对浓度为10ppm的Cl₂的灵敏度达到71.9,对浓度为100ppm的Cl₂的灵敏度高达375,而此时纯的SnO₂的灵敏度仅为31.5和57.7。2.采用溶解热解法,按照Sn和Zn的摩尔比为1:1,分别在前躯体中加入硫酸锌、硝酸锌和醋酸锌,然后再分别在400℃、500℃、600℃和700℃下煅烧,对所得粉体进行表征以及气敏性能测试,具体结果如下:使用硫酸锌与前躯体混合,在700℃下煅烧制得了纳米ZnO/SnO₂/Zn2SnO₄复合氧化物,在所有的被测气体中,当工作温度为290℃时,对浓度为100ppm的H2S气体的灵敏度达到115.3,对其他气体响应较低,响应恢复时间理想。使用硝酸锌在700℃下煅烧制得的纳米SnO₂/Zn2SnO₄复合氧化物,通过气敏性测试发现,当工作温度为290℃时,对浓度为100ppm的H2S气体的灵敏度可以达到199.2,且具有较好的选择性,响应恢复特性较好。使用醋酸锌在700℃下煅烧制得的纳米ZnO/SnO₂/Zn2SnO₄复合氧化物,测试材料对不同气体的灵敏度,在工作温度为290℃时,对浓度为100ppm的H2S气体的灵敏度达到110.5,选择性有待提高。

酸根离子对锡基纳米气敏材料性能影响的研究

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