改性提高氧化鋅納米晶體的氣敏性能及第一性原理計算.pdf

1、霧霾問題已逐漸成為人們日常生活主要關注的環(huán)境，而霧霾顆粒吸附空氣中的有毒氣體，如二氧化氮，二氧化硫和有機化合物，形成的二次污染，比霧霾本身的危害大得多。所以，能夠快速檢測環(huán)境有害氣體是控制環(huán)境污染的一個重要途徑。而氣體傳感器敏感材料的開發(fā)及其敏感機理的研究是技術關鍵。氧化鋅(ZnO)，作為一種用途最廣，研究最多的氣體傳感器敏感材料之一，是最有前景、最有研究價值的氣敏材料。
　　1.簡易可控，一步水熱法合成暴露具有不同(0001)，

2、(1(1)00)，(01(1)0)和(10(1)0)晶面百分比的氧化鋅納米盤和納米棒系列。計算發(fā)現，(0001)晶面伴隨著納米盤＞納米棒-1＞納米棒-2＞納米棒-3單調降低;而相對的，(1(1)00)，(01(1)0)和(10(1)0)晶面的百分數則單調增加。氣敏測試表明，氧化鋅納米盤對二氧化氮具有最高的靈敏度。第一性原理計算表明:(0001)晶面具有最高的表面能;二氧化氮吸附在各晶面上，(0001)晶面的吸附能最低。與實驗結果吻合。這

3、個結果提供了新的途徑來研究氣敏性能與金屬氧化物晶面之間關系，為新氣敏材料的開發(fā)提供了一種可能。
　　2.分級結構的氧化鋅和還原石墨烯-氧化鋅雜化物通過原位溶液生長法成功合成。3D微/納米氧化鋅是由厚度約為40 nm的2D納米片自組裝而成的。氣敏測試表明:雜化物比純的氧化鋅具有較高的靈敏度，同時操作溫度也比純的氧化鋅低。尤其，2.52％還原石墨烯-氧化鋅雜化物的靈敏度最高，5倍于純氧化鋅。同時，最佳操作溫度從163℃降低到86℃，而

4、溫度的降低更有利于傳感器的實際應用。石墨烯的復合提高氣敏的機理歸因于材料的大比表面，快載流子傳輸速度和氧化鋅和石墨烯之間異質結的形成。第一性原理計算表明二氧化氮氣體更容易吸附于還原石墨烯-氧化鋅雜化物表面，與實驗結果一致。
　　3.Al與Fe摻雜氧化鋅的第一性原理計算表明:Al摻雜使氧化鋅的費米能級朝導帶移動，摻雜質的態(tài)密度態(tài)深入到導帶中，這樣鋁的摻雜使氧化鋅的導電性明顯的提高，從而提高其氣敏性能;不同量的Fe摻雜都使氧化鋅的禁帶