论文部分内容阅读
社会的不断发展与进步使得人类生活变得越来越方便,但与此同时也无法避免的带来了严重的环境污染问题。其中,大气污染不仅会气候、工业、农业等产生不良影响,更会对人体健康产生不利,因此研发出能够快速检测气体浓度的传感器是十分有必要的。目前,金属氧化物、碳纳米管、导电聚合物等材料已经被广泛应用到气体传感器的领域中。然而,基于这些材料的气体传感器还存在一些明显的不足,例如最佳工作温度高会导致高能耗,选择性不尽人意等,如何克服此类问题值得进一步深入探究。近年来,二维层状过渡金属硫属化合物(TMDs)由于具有比表面积大、微结构以及电子结构可调的特性,非常有益于实用气体传感装置的设计和应用而倍受到关注。基于此,本论文是以ReS2基复合材料(ReS2/X)为研究对象,并利用反应路线设计、活性组分比例调控、化学元素掺杂等手段,将其与金属氧化物、CMK-3材料进行复合,研究分析所制备的材料的相关气敏性能。本论文的研究内容主要包括:1.发展了一种简单快速的ReS2基复合材料的水热合成法,通过在相对温和的水热条件下,成功制备了 ReS2/TiO2复合纳米材料,并对其气敏性能进行了研究。材料的表征结果显示超薄纳米片状的ReS2成功附着在TiO2纳米带上,并且伴有Re缺位,使得该纳米复合物显示p型传感器材料性能。XPS和UPS的测试结果表明异质结构中发生了不同组分的电子转移,电子是从TiO2转移到ReS2的。气敏测试结果显示,该纳米材料对氨气具有较高的响应,且反应是常温空气中进行的,对氨气的检测限为5ppm。并且,通过不同摩尔比样品性能的比较,发现当ReS2/TiO2的摩尔比为2:1时,该纳米材料对NH3的低温响应能力最好,S=10.1,是乙醇、甲醛、三甲胺等气体的5~10倍,说明在制备过程中对ReS2/TiO2的比例进行调控可以有效的改善其复合物的传感性能。此外,基于该材料的气体传感器还表现出良好的响应恢复性,在15℃时对100ppm的氨气响应时间低至25s,并且,将该气体传感器在空气以及100ppm的氨气气氛中放置一个月,材料的电阻基本保持不变,说明该传感器具有较高的稳定性。2.发展设计了由ReS2修饰的ReS2/CMK-3以及ReS2/N-CMK-3复合物的水热合成途径,并探究了复合物的相关气敏性能。通过对制备的复合物进行了扫描电镜、透射电镜等表征后,发现复合物的结构是由ReS2超薄纳米片附着在微米棒状网络结构的CMK-3和N-CMK-3上。N的掺杂会形成C-N键,从而会改变CMK-3晶格中的原子排列,增加CMK-3中的缺陷浓度,载流子的浓度也会随之发生变化,从而促进了气体吸附过程中耗尽层的形成与材料电阻的变化,最终影响其传感性能。基于复合物的气体传感器对不同气体的响应结果表明,相比于乙醇、丙酮、甲醇等其他气体,该传感器对氨气的响应性最佳,并且最佳工作温度为室温,减少了高能耗,其中又以ReS2/N-CMK-3复合物最明显。