rGO-MOx复合纳米纤维的制备及其对VOCs敏感性能研究

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随着社会及工业生产的高速发展,产生的有毒、有害气体的种类及数量不断增加,气体传感器就是伴随着环境污染的日益严重而发展起来的。金属氧化物半导体气敏传感器具有生产成本低、体积小巧、气敏材料易制备等优点被广泛应用于气体检测,然而选择性差、工作温度高等缺点限制了其进一步发展。石墨烯因具有大比表面积、快的电子传输速度而被广泛用于传感器研究中。本课题主要研究将微量还原氧化石墨烯(rGO)与金属氧化物半导体材料如SnO2、TiO2复合提高氧化物半导体材料的气敏性能,采用静电纺丝技术制备氧化物半导体纳米纤维,并通过二步水热法在氧化物纳米纤维表面修饰rGO,以及在氧化物纳米纤维纺丝制备过程中,直接加入氧化石墨烯(GO),通过后续煅烧合成rGO/氧化物半导体复合纳米纤维气敏材料,系统研究rGO的加入及加入方式对rGO-氧化物半导体复合纳米纤维气敏性能的影响,具体研究内容如下:1.通过静电纺丝法制备TiO2纳米纤维,通过在静电纺丝前驱液中加入rGO,调节静电纺丝参数制备出rGO/TiO2复合纳米纤维,探讨了rGO的复合对于TiO2纳米纤维形貌结构以及VOCs气敏性能的影响。结果显示,rGO的复合对于材料的形貌及晶体结构未产生巨大影响,并且提高了材料对VOCs的灵敏度。在250℃下,rGO/TiO2复合材料对于200ppm乙醇气体的灵敏度达到43.24,是TiO2灵敏度的22.8倍,其响应时间也较TiO2纳米纤维有所减少。2.通过静电纺丝法制备纯TiO2纳米纤维,然后通过二步水热法利用rGO对TiO2纳米纤维进行表面修饰,制备出rGO表面修饰TiO2纳米纤维。表征结果显示rGO使TiO2表面形貌更加粗糙,但未影响TiO2材料的晶体结构。气敏结果表明,rGO表面修饰的TiO2纳米纤维进一步提升了材料的灵敏度,缩短了响应恢复时间。3.利用静电纺丝法制备rGO/SnO2复合纳米纤维,二步水热法制备rGO表面修饰SnO2纳米纤维,研究rGO对于其他n型金属氧化物半导体VOCs气敏性能的影响。气敏测试结果表明,rGO的复合以及表面修饰对于SnO2纳米纤维灵敏度提升更加明显,在150℃下,rGO表面修饰SnO2纳米纤维对100ppm乙醇的灵敏度高达287,并且与SnO2纳米纤维相比,其响应与恢复时间均相对缩短。
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