SnO2空心球的制備、修飾及氣敏性能研究.pdf

1、工業(yè)發(fā)展與化石燃料的大量使用導致環(huán)境中的有毒有害氣體迅速增加，并引發(fā)了一系列環(huán)境問題，如酸雨、霧霾等，對人類的安全生產(chǎn)和健康生活造成極大威脅，因此對有毒有害氣體進行實時、快速監(jiān)測是避免其造成危害的有效措施。半導體氣體傳感器因具有成本低廉、響應(yīng)迅速、操作簡便等優(yōu)點，在氣體監(jiān)測領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。半導體氣體傳感器的性能主要取決于半導體氧化物材料的結(jié)構(gòu)和組成，因而對半導體氧化物材料結(jié)構(gòu)、組成進行設(shè)計和調(diào)控以提高其氣敏性能具有重要意義。

2、　　SnO2具有良好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性及合適的禁帶寬度，作為半導體傳感器材料獲得了廣泛應(yīng)用。半導體氧化物空心球因具有較高的比表面積，開放的孔道結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，展現(xiàn)出靈敏度高、響應(yīng)迅速等氣敏優(yōu)勢，然而目前制備的SnO2空心球材料存在尺寸不均一、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和球殼較厚等缺陷，限制了其在氣敏領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文針對SnO2空心球存在的結(jié)構(gòu)缺陷，開展了球殼厚度可調(diào)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及尺寸均一的SnO2空心球制備及其丙酮等氣敏研究，并采用貴金屬和金屬合金對S

3、nO2空心球進行修飾，利用貴金屬較高的催化活性及活性組分的協(xié)同作用提高了氣敏性能。
　　1.以尺寸為200-700 nm的SiO2為模板劑，采用硬模板法控制模板表面SnO2的沉積量，制備了直徑為200-700 nm、殼層厚度為7-30 nm的SnO2空心球，對其丙酮氣敏性能進行研究。結(jié)果表明，薄的球殼厚度有利于氣體的擴散，小的晶粒尺寸可以明顯提高材料對丙酮的響應(yīng)。當組成SnO2空心球的微晶尺寸減小，并隨SnO2空心微球直徑減小，球

4、殼厚度變薄，其氣敏性能明顯提高。
　　2.采用PVA-NaBH4還原法制備了單分散的Ag(4.86 nm)、Pd(2.59nm)和Au(3.55 nm)納米顆粒，通過溶膠固定化分別將貴金屬納米顆粒負載于SnO2空心球表面得到Ag、Pd和Au修飾的SnO2空心球，并研究其氣敏性能。結(jié)果表明，Au修飾的SnO2空心球中Au納米顆粒具有高的催化活性，對丙酮的響應(yīng)高達110，為純SnO2空心球響應(yīng)的8倍，傳感器的操作溫度降低至155℃，其

5、氣敏性能明顯優(yōu)于Ag和Pd修飾的SnO2空心球。
　　3.采用共還原法制備了AgAu(2.37 nm)和AuPd(2.34 nm)合金納米顆粒，通過溶膠固定化分別將其負載到SnO2空心球表面得到AgAu和AuPd修飾的SnO2空心球，并研究其對丙酮的氣敏性能。結(jié)果表明，AuPd修飾的SnO2空心球?qū)Ρ捻憫?yīng)高達247，是Au修飾SnO2空心球的2.5倍，是Pd修飾SnO2空心球的7.1倍，歸因于合金的高穩(wěn)定性以及對氣體的強吸附作