中孔SnO2納米材料的合成及其在超靈敏氣體傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、氧化錫(SnO2)是一種寬禁帶n型半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.67 eV，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。SnO2作為一種重要的基礎(chǔ)功能氧化物材料，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)研究領(lǐng)域，如鋰離子電池、光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池、氣體傳感器等。在氣體傳感器研究方面，SnO2是研究歷史最長(zhǎng)的半導(dǎo)體金屬氧化物之一。納米材料出現(xiàn)以后，SnO2材料在傳感器領(lǐng)域的研究有了新的內(nèi)容和意義。隨著SnO2材料的各種形貌的納米結(jié)構(gòu)相繼被制備出來(lái)，氣體傳感器的靈敏度、選擇性、

2、響應(yīng)和恢復(fù)速度等傳感性能不斷被提高。本文綜述了氣體傳感器材料，特別是納米材料的研究概況和研究進(jìn)展。提高氣體傳感器靈敏度可以通過(guò)兩種途徑:一種是制備一維納米結(jié)構(gòu)，這是利用一維結(jié)構(gòu)優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力;另一種是制備多孔納米結(jié)構(gòu)，這是利用多孔結(jié)構(gòu)在氣體吸附和擴(kuò)散能力方面表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)。
　　 本課題提出了一種新穎、簡(jiǎn)單的合成方法以制備中孔SnO2納米材料，命名為碳輔助合成法。該方法以葡萄糖作為輔助碳源加入前驅(qū)體溶液中，通過(guò)一步水熱反應(yīng)，先

3、在SnO2表面包覆碳層，再經(jīng)過(guò)后續(xù)的兩步退火處理原位固定和去除碳層，即可制備出孔性良好的中孔納米材料。并且，通過(guò)改變前驅(qū)體溶液中葡萄糖濃度，可以調(diào)節(jié)最后制得的材料的孔徑大小。本課題制備了三種孔徑大小的SnO2納米材料，孔徑大小分別為4.1nm，6.1nm和8.0 nm。
　　 我們將制備的三種中孔納米材料分別進(jìn)行了氣體傳感性能測(cè)試。三種材料均對(duì)乙醇(C2H5OH)氣體表現(xiàn)出超高靈敏度的氣敏特性，最低探測(cè)極限低達(dá)50ppb(1pp

4、b=10-9)，并且具有理想的響應(yīng)恢復(fù)速度（5s和20s）。同時(shí)，三種中孔納米材料均表現(xiàn)出規(guī)律的“基線(xiàn)漂移”現(xiàn)象，這是由所制備納米材料具有的網(wǎng)狀中孔納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。通過(guò)透射電鏡、氮?dú)馕?脫附、X射線(xiàn)衍射、X射線(xiàn)光電子能譜等檢測(cè)手段，我們對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)表征。材料具有的網(wǎng)狀中孔納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出過(guò)強(qiáng)的氣體吸附能力，導(dǎo)致測(cè)試完畢后氣體的脫附變得困難，由此表現(xiàn)為“基線(xiàn)漂移”現(xiàn)象。也正是由于這種網(wǎng)狀中孔結(jié)構(gòu)，材料才可以獲得超低的探測(cè)極限。