V2O5納米材料及其異質(zhì)金屬-金屬氧化物納米復(fù)合材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與物化性質(zhì)，過(guò)渡金屬氧化物材料一直作為材料研究的熱點(diǎn)。其中釩氧化物由于其層狀晶體結(jié)構(gòu)、豐富的價(jià)態(tài)、適中的禁帶寬度在催化及氣敏材料應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力與應(yīng)用價(jià)值。本文以釩氧化物一維納米材料為研究對(duì)象，研究了釩氧化物納米陣列、五氧化二釩微米球及納米針結(jié)構(gòu)、氣敏性能及機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，開展了五氧化二釩與金屬（碲、鈰和銀）和金屬氧化物(氧化銦)的納米復(fù)合材料的研究，解釋了氣敏性能提高的機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以釩

2、箔為基板，利用陽(yáng)極氧化法合成了五氧化二釩納米陣列，研究了所加電壓、反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的物相和形貌的影響。陽(yáng)極氧化電壓55 V，氧化時(shí)間3h時(shí)，得到正交相五氧化二釩為主相的釩氧化物陣列，組成陣列的納米棒直徑為40-45nm，長(zhǎng)度190-220 nm。對(duì)陣列室溫乙醇?xì)饷粜阅軠y(cè)試發(fā)現(xiàn)在800 ppb-500 ppm乙醇?xì)怏w濃度范圍內(nèi)產(chǎn)生響應(yīng)，對(duì)500ppm乙醇的靈敏度為7.27。從釩氧化物納米陣列電阻與氣體吸附關(guān)系入手，探究氣敏機(jī)理。⑵利用溶劑熱

3、法合成正交相五氧化二釩微米球，該微米球由厚度50-100 nm的納米片組成，總直徑約10μm。乙醇?xì)饷魷y(cè)試結(jié)果表明，其在50℃時(shí)即可對(duì)50 ppm乙醇?xì)怏w具有良好響應(yīng)，在150℃時(shí)對(duì)250 ppm乙醇響應(yīng)時(shí)間僅7 s。依據(jù)局部表面電導(dǎo)調(diào)節(jié)的理論對(duì)其氣敏機(jī)理進(jìn)行闡述。⑶通過(guò)物理氣相沉積法在硅基片上制備正交相五氧化二釩針，納米針的基部及頂部直徑分別為30-40 nm和11-15 nm，長(zhǎng)度100-200nm。室溫下對(duì)丙酮的探測(cè)極限為941p

4、pb，對(duì)140ppm丙酮響應(yīng)值為2.37，響應(yīng)時(shí)間為67 s。為了進(jìn)一步對(duì)其在呼吸分析儀及食品檢測(cè)方面應(yīng)用的可能性，將目標(biāo)氣體的檢測(cè)范圍分為兩部分：較低范圍為5 ppb到5 ppm，高濃度區(qū)為8 ppm到150 ppm。在這兩個(gè)氣體濃度區(qū)域內(nèi)，基于五氧化二釩納米針的氣體傳感器對(duì)丙酮均表現(xiàn)出良好的氣敏響應(yīng)、恢復(fù)能力及選擇性。結(jié)合能帶模型及 DFT方法對(duì)其良好丙酮?dú)饷繇憫?yīng)進(jìn)行了解釋。⑷通過(guò)水熱法制備Te-V2O5納米棒復(fù)合物。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10

5、％、直徑25 nm的 Te納米棒無(wú)序分散在直徑50-170nm、長(zhǎng)度數(shù)微米的五氧化二釩納米棒中。在室溫下測(cè)試了 Te-V2O5納米棒復(fù)合物對(duì)氨、丙胺和乙醇的氣敏性能，其對(duì)乙醇具有高選擇性，室溫下對(duì)500 ppm乙醇的靈敏度是純五氧化二釩納米棒的3倍，其pn結(jié)的存在是提高復(fù)合物氣敏性能的根本原因。⑸利用水熱法合成釩氧化鈰納米棒，納米棒直徑200-250nm，長(zhǎng)度約15μm。工作溫度為100-250℃時(shí)，其最低檢測(cè)限為10ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市

6、售呼吸分析儀200 ppm的檢測(cè)閾值，具有良好應(yīng)用前景。⑹結(jié)合固溶法與水熱法合成V2O5/In2O3核殼納米結(jié)構(gòu)，五氧化二釩核結(jié)構(gòu)直徑為30-250 nm，氧化銦的殼厚為10-50nm。相比于純五氧化二釩，V2O5/In2O3核殼納米結(jié)構(gòu)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)對(duì)n-丙胺的響應(yīng)提高1.2-3.9倍。通過(guò)復(fù)合，表面銦離子的存在是氣敏性能提高的原因。⑺通過(guò)水熱法制備的銀顆粒修飾五氧化二釩納米片材料，五氧化二釩納米片材料厚度為150-200nm，