论文部分内容阅读
二氧化锡(SnO2)纳米结构已经在气敏传感器应用中展示了巨大的应用潜力。探索SnO2纳米结构的可控制备方法，阐明元素掺杂对其表面物理化学特性、灵敏度、选择性和热稳定性等的影响规律，将有助于获得更高性能的气敏传感材料。
本论文采用非模板水热法可控制备了纯相和掺杂SnO2纳米结构，综合运用多种现代分析方法研究了其微观结构、表面特性和热稳定性，采用传统烧结型传感器结构研究了其气敏性能。论文主要研究成果如下：
1.采用SnCl2和NaOH为主要原料通过水热法改变不同溶剂在温和条件下实现了纳米片状和空心微球状SnO2纳米结构的可控制备。对反应中间体的研究表明：当用水为溶剂时，前驱体沉淀为SnO单晶片状结构，后继水热处理SnO被氧化成纳米片状SnO2；当用乙醇为溶剂时，前驱体沉淀为SnO2实心微球，后继水热处理SnO2晶粒长大同时实心微球变为空心结构。两种SnO2纳米结构表现出不同的价带结构和气敏特性。
2.利用低温水热法成功制备了Pd、Sb及二者共掺杂的SnO2纳米粉体。掺杂元素的加入对水热反应生成的粉体粒径没有明显影响。对Pd、Sb及二者共掺杂SnO2纳米粉体的热稳定性研究表明：500℃以下热处理Pd和Sb的掺杂能够在一定程度上抑制SnO2晶粒长大，700℃以上时Pd的掺杂反而促进了SnO2晶粒长大；而Sb的掺杂能够有效地抑制SnO2晶粒长大；Pd-Sb二者共掺杂，可以更加有效地提高粉体在高温下的稳定性。
3.对Pd、Sb及二者共掺杂SnO2纳米粉体的表面化学分析和气敏性能测试结果表明：在单独掺杂Pd及Pd-Sb共掺杂SnO2体系中，Pd存在Pd0、Pd2+和Pd4+三种化学状态；其中Pd4+为主要存在形式，在Pd-Sb共掺体系中，Pd4+和Pd2+所占比例明显高于Pd掺杂体系，Sb主要以+5价存在；Pd掺杂可以明显提高该粉体对丁烷的灵敏度，其中Pd4+的含量是提高灵敏度的关键；Sb的掺杂大大降低了SnO2的静态输出电阻和提高其在高温下的稳定性。