In2O3-納米TiO2復(fù)合氫氣傳感器的制備與性能增強(qiáng).pdf

1、氫氣，作為新能源的一種，其氫元素是宇宙中含量最豐富的，燃燒產(chǎn)物為水，燃燒熱值大，沒有污染產(chǎn)物，是一種理想的替代能源。但氫氣無色無味，容易爆炸，其儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用中的安全問題急需解決。本文致力于常溫工作環(huán)境中的傳感器氫敏性能的研究:通過不同半導(dǎo)體氧化物的復(fù)合、摻雜以及貴金屬催化，期望得到在室溫下響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、靈敏度等性能同時(shí)優(yōu)異的傳感器。研究工作主要包括以下部分:
　　采用水熱法制備TiO2納米片，進(jìn)一步利用壓片法制備了In2

2、O3/TiO2復(fù)合壓片氫氣傳感器，并系統(tǒng)研究了貴金屬電極、樣品的熱處理溫度及In2O3與TiO2的復(fù)合比重對(duì)傳感器氫敏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，壓片法制備的氫氣傳感器在室溫下均具有優(yōu)異的氫敏性能。在Pt電極催化作用下，傳感器的氫敏性能大大優(yōu)于Ag電極傳感器，其最低響應(yīng)氫氣的濃度達(dá)到1ppm，阻值變化達(dá)到106數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)镻t電極顯著降低了樣品表面的吸附活化能。通過比較不同退火溫度對(duì)傳感器的性能影響，發(fā)現(xiàn)在600℃熱處理過的樣品有著最優(yōu)的

3、恢復(fù)性能，而在800℃下退火的樣品只能檢測(cè)1000ppm濃度的氫氣，且響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間急劇增加。與純TiO2氫氣傳感器相比，In2O3/TiO2復(fù)合壓片傳感器具有增強(qiáng)的氫氣傳感性能，可檢測(cè)最低濃度1ppm的氫氣。這是由于In2O3/TiO2之間形成n-n同型異質(zhì)結(jié)，引起了能帶的彎曲，且在界面處具有良好的電接觸及電荷轉(zhuǎn)移性能。通過研究不同復(fù)合比重的In2O3的氫敏性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合20wt％In2O3的壓片具有最好的穩(wěn)定性，在不同濃度的氫氣中都

4、兼?zhèn)漭^短的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間，其在1000ppm氫氣中的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別達(dá)到5.5s和30s。此外，制備了摻雜0.1wt％石墨烯的TiO2納米片壓片。TiO2納米片-石墨烯傳感器在不同濃度氫氣的靈敏度、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間都異常優(yōu)異，在1ppm氫氣中的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為8s和10s，而在1000ppm氫氣中的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間更是分別低至6s和2s。這源于石墨烯的高比表面及優(yōu)異的電子傳輸能力。
　　采用陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管薄膜，

5、探究不同的參數(shù)對(duì)納米管結(jié)構(gòu)的影響，并通過離心沉積In2O3，探宄其室溫下的氫敏性能。以鈦片為原料，在0.75wt％NH4F的丙三醇電解水溶液電解鈦片，通過陽(yáng)極氧化法得到TiO2納米管薄膜。研究表面，采用20V的電壓陽(yáng)極氧化鈦片2h制備得到的TiO2納米管薄膜結(jié)構(gòu)最優(yōu)異。將20V的電壓陽(yáng)極氧化鈦片2h制備得到的TiO2納米管薄膜離心沉積10mL In2O3，濺射插指形狀的Pt電極制備得到傳感器，能夠檢測(cè)到最低濃度1ppm的氫氣，在1000