论文部分内容阅读
环境中的有毒气体正在威胁着人体的健康和生命安全,因此,设计和制造检测有毒气体的传感器成为一项急迫的工作。CeO2因具有良好的耐化学腐蚀性、无毒性、环境友好、安全性和可靠性等优点,在气敏传感器研究领域引起了人们的极大关注。本论文主要通过水热法制备了新颖结构的CeO2,silica-CeO2和Zr-CeO2纳米材料,设计和制造了 CeO2纳米材料的气敏传感器,研究了传感器得气敏性能。最后,分析了传感器的气敏响应机制。本论文研究CeO2纳米材料的主要内容如下:1)采用溶胶-水热法制备了 SiO2修饰CeO2的纳米晶气敏材料。8%silica-CeO2比纯CeO2具有更大的比表面积(83.75 m2/g)和更小的的晶粒尺寸(11.5 nm)。与纯CeO2相比,8%silica-CeO2纳米晶气敏传感器显著提高了 NH3气敏传感性能。在室温下,8%silica-CeO2纳米晶传感器对80ppmNH3展现示出更高的响应度(33.4)和较低的检测限(0.5 ppm)。还发现NH3传感器的响应度应随着NH3浓度的增加而线性增加,且有良好的可逆性,稳定性和选择性。提高NH3气敏性能的原因不仅在于比表面积的增加,而且还由于表面上NH4+和OH-电解质的导电。2)采用简单的水热法合成了多孔的Ce0.94Zr0.06O2纳米片气敏材料。制备的Ce0.94Zr0.06O2纳米片的平均厚度约为8 nm,具有介孔结构,平均孔径约为2.1 nm。Ce0.94Zr0.06O2纳米片的介孔结构导致比CeO2有更大的比表面积(185.4m2/g)和孔体积(0.51 cm3/g),这有利于目标气体的吸收。由于纳米片中的特殊介孔结构和表面上大量的羟基,在室温下,由多孔的Ce0.94Zr0.06O2纳米片制成的NH3传感器比由使用相同方法制造CeO2纳米片传感器展现出更高的灵敏度(对100 ppmNH3灵敏度为87)和更低的的检测限(100 ppb)。在室温下传感器对NH3的检测表现出良好的选择性,重复性和长期稳定性。3)CeO2纳米颗粒通过温和的水热法合成,其形貌和结构分别通过SEM,TEM和XRD进行了研究。此外CeO2纳米颗粒的气敏性能进行了系统研究。平均直径为17 nm的CeO2纳米颗粒具有面心立方萤石结构。在25 ℃的室温下,CeO2纳米颗粒的H2S气体传感器展现出低的检测极限(0.3 ppm)以及快速的响应时间和恢复时间。进一步,研究了 CeO2纳米颗粒的H2S气敏传感器的机理。4)通过PVP辅助-水热法成功合成了分层的蝴蝶结形Ce02纳米结构。XRD图谱表明合成的CeO2具有立方萤石结构。通过SEM和TEM来研究合成样品的形貌和尺寸。制备的样品为均匀分层的蝴蝶结状纳米结构,由纳米棒组成,纳米棒的平均直径为34 nm。紫外-可见漫反射光谱表明,蝴蝶结状CeO2的带隙为3.0 eV。室温下,光致发光实验证明它在350 nm～550 nm具有发光。