V2O5納米材料及其異質金屬-金屬氧化物納米復合材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、由于其獨特的結構與物化性質，過渡金屬氧化物材料一直作為材料研究的熱點。其中釩氧化物由于其層狀晶體結構、豐富的價態(tài)、適中的禁帶寬度在催化及氣敏材料應用領域具有巨大潛力與應用價值。本文以釩氧化物一維納米材料為研究對象，研究了釩氧化物納米陣列、五氧化二釩微米球及納米針結構、氣敏性能及機理。在此基礎上，開展了五氧化二釩與金屬（碲、鈰和銀）和金屬氧化物(氧化銦)的納米復合材料的研究，解釋了氣敏性能提高的機理。
　　本研究主要內容包括：⑴以釩

2、箔為基板，利用陽極氧化法合成了五氧化二釩納米陣列，研究了所加電壓、反應時間對產物的物相和形貌的影響。陽極氧化電壓55 V，氧化時間3h時，得到正交相五氧化二釩為主相的釩氧化物陣列，組成陣列的納米棒直徑為40-45nm，長度190-220 nm。對陣列室溫乙醇氣敏性能測試發(fā)現在800 ppb-500 ppm乙醇氣體濃度范圍內產生響應，對500ppm乙醇的靈敏度為7.27。從釩氧化物納米陣列電阻與氣體吸附關系入手，探究氣敏機理。⑵利用溶劑熱

3、法合成正交相五氧化二釩微米球，該微米球由厚度50-100 nm的納米片組成，總直徑約10μm。乙醇氣敏測試結果表明，其在50℃時即可對50 ppm乙醇氣體具有良好響應，在150℃時對250 ppm乙醇響應時間僅7 s。依據局部表面電導調節(jié)的理論對其氣敏機理進行闡述。⑶通過物理氣相沉積法在硅基片上制備正交相五氧化二釩針，納米針的基部及頂部直徑分別為30-40 nm和11-15 nm，長度100-200nm。室溫下對丙酮的探測極限為941p

4、pb，對140ppm丙酮響應值為2.37，響應時間為67 s。為了進一步對其在呼吸分析儀及食品檢測方面應用的可能性，將目標氣體的檢測范圍分為兩部分：較低范圍為5 ppb到5 ppm，高濃度區(qū)為8 ppm到150 ppm。在這兩個氣體濃度區(qū)域內，基于五氧化二釩納米針的氣體傳感器對丙酮均表現出良好的氣敏響應、恢復能力及選擇性。結合能帶模型及 DFT方法對其良好丙酮氣敏響應進行了解釋。⑷通過水熱法制備Te-V2O5納米棒復合物。質量分數為10

5、％、直徑25 nm的 Te納米棒無序分散在直徑50-170nm、長度數微米的五氧化二釩納米棒中。在室溫下測試了 Te-V2O5納米棒復合物對氨、丙胺和乙醇的氣敏性能，其對乙醇具有高選擇性，室溫下對500 ppm乙醇的靈敏度是純五氧化二釩納米棒的3倍，其pn結的存在是提高復合物氣敏性能的根本原因。⑸利用水熱法合成釩氧化鈰納米棒，納米棒直徑200-250nm，長度約15μm。工作溫度為100-250℃時，其最低檢測限為10ppm，遠遠低于市

6、售呼吸分析儀200 ppm的檢測閾值，具有良好應用前景。⑹結合固溶法與水熱法合成V2O5/In2O3核殼納米結構，五氧化二釩核結構直徑為30-250 nm，氧化銦的殼厚為10-50nm。相比于純五氧化二釩，V2O5/In2O3核殼納米結構在整個工作溫度范圍內對n-丙胺的響應提高1.2-3.9倍。通過復合，表面銦離子的存在是氣敏性能提高的原因。⑺通過水熱法制備的銀顆粒修飾五氧化二釩納米片材料，五氧化二釩納米片材料厚度為150-200nm，