α-Fe2O3及其復合納米材料氣敏性能研究.pdf

1、近幾年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對有毒、有害和可燃性氣體的檢測變得尤為重要。因此，氣體傳感器在食品工業(yè)、環(huán)境保護和氣體檢測等方面的應用受到研究人員的廣泛關(guān)注。因此，制備具有高靈敏度、高選擇性和高響應速度的高性能傳感器成為當前研究的熱點。
　　 作為一種重要的n型半導體，α-Fe2O3是最穩(wěn)定的離子氧化物。由于具有成本低，無毒和較好的抗腐蝕性能，它現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用于氣體傳感器的研究。α-Fe2O3的電導率對其所處的環(huán)境中的氣體非常

2、敏感，因此它可以作為高效氣體傳感材料。基于離子氧化物的潛在應用和納米材料的新穎性質(zhì)，研究人員做了大量工作來合成具有不同形貌的α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，不同形貌的α-Fe2O3具有很多吸引人的形貌依存特性。但是，α-Fe2O3也具有單一的無機半導體金屬氧化物材料所具有的選擇性差、靈敏度低等缺點。因此，α-Fe2O3氣敏材料正由單一材料向復合材料發(fā)展。
　　 本文開展了α-Fe2O3納米材料及其摻雜材料用于氣體傳感器的研

3、究。選擇Au和CuO為摻雜材料，對α-Fe2O3的氣敏性能進行了改進，制備了不同的摻雜材料，然后對其進行表征，并研究其氣敏性能。本文的主要研究結(jié)果，概括如下:
　　 (1)利用簡單的水熱法制備了形狀較均勻的α-Fe2O3納米管。該制備方法簡單有效、易操作、經(jīng)濟環(huán)保，無需其他有毒的溶劑、表面活性劑和特殊的儀器如微波加熱器和超聲設備等。氣敏測試結(jié)果表明，用該方法制備的α-Fe2O3納米管對甲醇、乙醇、正丁醇等醇類具有較好的氣敏響應，

4、且穩(wěn)定性和重復性較好，表明材料在檢測甲醇、乙醇、正丁醇等醇類氣體方面的應用潛能。
　　 (2)利用簡單、綠色、通用的方法成功地合成了Au納米粒子負載功能化的α-Fe2O3納米棒。此方法合成過程簡便易行，省略了傳統(tǒng)合成中需要對載體進行功能化預處理的步驟，從而提高了合成效率。在合成中，小粒徑的Au納米粒子(nanoparticles，NPs)負載到α-Fe2O3納米棒(nanorods，NRs)的表面。Au/α-Fe2O3雜化納米棒

5、(Au0.5wt.％)對乙醇、甲醇、正丁醇和苯有較好的響應信號，表明該復合材料在檢測這幾種VOCs氣體方面的應用潛能。
　　 (3)通過碳球模板法制備了具有薄殼結(jié)構(gòu)的CuO修飾α-Fe2O3空心球納米結(jié)構(gòu)。用甲醇、乙醇、丙酮等幾種VOCs氣體作為探針氣體，研究了所制備的CuO修飾的α-Fe2O3空心球的氣敏性能。氣敏測試結(jié)果表明:n型的α-Fe2O3空心球傳感器的氣敏性能可以通過p型的CuO納米粒子的修飾而得到顯著提高，該傳感器