SnO2基多孔納米固體CO傳感器的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展，人們的生活水平得到了很大提高，但是隨之而來的是各種有毒有害氣體對環(huán)境的破壞和對人們健康的危害。其中，CO氣體是一種易燃易爆的有毒氣體，少量的CO即能給人體造成傷害。由于它無色無味，難于被發(fā)現(xiàn)，以致中毒及爆炸事件時有發(fā)生。近年來，金屬氧化物半導(dǎo)體型CO傳感器因?yàn)樵谀蜔嵝?、耐蝕性、材料成本、元件制作工藝等方面的優(yōu)勢，成為研究較多的一種傳感器。但是，對于金屬氧化物半導(dǎo)體型CO傳感器的研究大多是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)物，制備條件的限制使

2、它們很難產(chǎn)業(yè)化。因此，我們致力于開發(fā)新的簡單易行的方法，研制具有更高性能的CO傳感器，以推動其達(dá)到實(shí)用化目標(biāo)。
　　 我們利用溶劑熱壓方法，以SnO2納米顆粒為原料，制備了SnO2及SnO2-MOx(MOx=CuO、Co3O4、ZrO2、CeO2、TiO2)多孔納米固體。在此基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)的厚膜制備工藝制備了SnO2及SnO2-MOx多孔納米固體厚膜CO傳感器，并對它們的氣敏性能進(jìn)行了測試分析。為了進(jìn)一步改善CO傳感器的性能，

3、我們首次直接采用SnO2多孔納米固體作為氣敏元件，制備了雙功能高氣敏響應(yīng)的SnO2多孔納米固體CO傳感器。在此基礎(chǔ)上，利用壓差交換法制備了微量Pt擔(dān)載的SnO2多孔納米固體CO傳感器。利用Pt對CO的催化氧化作用實(shí)現(xiàn)了對低濃度CO的室溫探測，而且傳感器的氣敏響應(yīng)和選擇性都很好。
　　 (1)我們分別以商品化SnO2納米粉和經(jīng)過溶劑熱壓法制備的SnO2多孔納米固體為原料，制備了SnO2納米粉厚膜以及SnO2多孔納米固體厚膜CO傳感

4、器，對比了兩者的氣敏性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SnO2多孔納米固體的多孔結(jié)構(gòu)有利于提高CO傳感器的氣敏響應(yīng)。另外，我們探討了SnO2多孔納米固體厚膜傳感器制備過程中的參數(shù)(造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結(jié)溫度)對CO傳感器氣敏性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：通過改變造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結(jié)溫度，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)控SnO2多孔納米固體的孔徑分布、孔容和比表面積，從而找到SnO2多孔納米固體厚膜CO傳感器的最佳制備條件。其中，當(dāng)造孔劑

5、用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結(jié)溫度分別為10ml、200℃、60MPa和700℃時，傳感器的氣敏響應(yīng)最大。
　　 (2)為了進(jìn)一步改善SnO2多孔納米固體厚膜傳感器的氣敏性能，我們對SnO2納米粉進(jìn)行了少量摻雜，制備了SnO2-MOx多孔納米固體厚膜傳感器。結(jié)果表明：摻雜少量的金屬氧化物后，傳感器的氣敏響應(yīng)在一定程度上得到了提高。當(dāng)摻雜少量的p型半導(dǎo)體金屬氧化物CuO和Co3O4時，CuO(Co3O4)與SnO2之間發(fā)生電子的相

6、互交換，導(dǎo)致氣敏性能發(fā)生變化；摻雜少量CeO2、ZrO2和TiO2后，多孔固體的孔徑分布發(fā)生了很大變化，這可能是摻雜后傳感器氣敏響應(yīng)提高的原因。其中，當(dāng)SnO2納米粉中摻入10wt.％ TiO2時，傳感器的氣敏響應(yīng)最大。
　　 (3)為了探索改善CO傳感器氣敏性能的新方法，我們利用SnO2多孔納米固體制備了新型傳感器，避免了厚膜傳感器制備過程中工藝復(fù)雜的問題，提出了一種制備CO傳感器的新方法。實(shí)驗(yàn)表明：SnO2多孔納米固體傳感器

7、的氣敏性能得到了很大提高，與厚膜型CO傳感器相比，電阻率降低、氣敏響應(yīng)明顯增大、工作溫度降低了100℃。另外，傳感器在高溫下對CH4有很好的響應(yīng)，可以作為CO和CH4雙功能傳感器使用。
　　 (4)在成功研制SnO2多孔納米固體傳感器的基礎(chǔ)上，我們用壓差交換法制備了微量Pt擔(dān)載的SnO2多孔納米固體CO傳感器。由于Pt的催化作用，其在室溫下對50ppm CO就有很好的響應(yīng)，并且對CO的選擇性很好。當(dāng)所用氯鉑酸溶液的濃度為0.00