【摘 要】
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一方面,随着我国工业的快速发展,化石燃料的消耗持续增长,有很多有毒有害的挥发性有机物(VOCs)产生,随之而来的雾霾天气、温室效应、臭氧层破坏等问题日益严重,同时对有毒、易燃和易爆气体进行高效且精确的检测也引起了人们的极大关注,因此制备新型气敏传感器迫在眉睫;另一方面,气敏传感器的传感性能与纳米材料的形貌、尺寸和分散性等密切相关,尤其是三维结构(3D)的材料,由于3D结构能够提供高效的比表面积,从
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一方面,随着我国工业的快速发展,化石燃料的消耗持续增长,有很多有毒有害的挥发性有机物(VOCs)产生,随之而来的雾霾天气、温室效应、臭氧层破坏等问题日益严重,同时对有毒、易燃和易爆气体进行高效且精确的检测也引起了人们的极大关注,因此制备新型气敏传感器迫在眉睫;另一方面,气敏传感器的传感性能与纳米材料的形貌、尺寸和分散性等密切相关,尤其是三维结构(3D)的材料,由于3D结构能够提供高效的比表面积,从而引起了广泛关注。因此我们通过设计实验来改善已有材料的形貌结构进而来优化它们的气敏性能,然后比较利用不同方法而获得不同形貌的相同材料在气敏性能方面的差异,相关的形成机理和气敏机理也作了分析。主要的研究如下:1.采用一步水热法和橘子皮作为绿色生物模板制备了钙钛矿FeYO3微米球新型气敏传感器。XRD结果表明所合成的样品为单相FeYO3,具有六方钙钛矿结构;SEM和TEM结果表明FeYO3微米球具有相对粗糙的表面。气敏测试发现,最佳工作温度为330℃,并在该温度下对乙醇表现出较好的气敏性能,主要表现在低的检测极限(1 ppm)、在低浓度下(1-50 ppm)响应值和浓度呈现线性相关、好的重复性、短的响应/恢复时间(30 s/56 s)、对乙醇气体有较好的选择性以及好的稳定性。鉴于此FeYO3微米球可以成为新型的乙醇气敏传感器。2.为了进一步优化已有金属氧化物WO3材料的气敏性能,采用一步水热法和生物活性酵母细胞作为生物模板成功制备了爆米花状的WO3微米球。运用XRD、SEM、TEM和BET表征方法进行表征,结果表明yeast@WO3拥有独特的爆米花结构,孔径明显增加(40.0052 nm,52.4031 nm),这促进了气敏性能的提升。对二者的气敏性能进行详细研究,发现yeast@WO3样品在更低的最佳工作温度下(180℃)对乙醇胺气体有非常好的响应。另外,该样品表现出了比WO3更高的响应、更短的响应/恢复时间(30 s/6 s)等,这些气敏性能的优化得益于WO3形貌结构的改善。鉴于此yeast@WO3可以发展成为高效检测乙醇胺气体的候选半导体材料。此外,我们对爆米花结构的形成机理和相关的气敏机理作了分析。3.为了进一步优化现有材料钙钛矿Bi2WO6的气敏性能,通过调节溶剂乙醇、乙酸和去离子水的用量以及CTAB的用量,用一步水热法成功地制备出蒲公英状的Bi2WO6纳米结构,改善了已有Bi2WO6材料的形貌结构。XRD、SEM、TEM和BET表征技术被用来对它的结构和形貌进行表征。气敏测试发现,在最佳工作温度为270℃下,对乙二醇有较好的气敏性能,主要表现在低的检测极限(1 ppm)、在低浓度下(1-50 ppm)响应值和浓度呈现线性相关、好的重复性、短的响应/恢复时间(30 s/12 s)、对乙二醇气体呈现出很好的选择性以及良好的稳定性。因此3D Bi2WO6蒲公英可以成为一种良好的乙二醇气敏传感器。
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