纳米氧化铟气敏材料的制备及其结构、性能调控研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:liongliong508
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氧化铟(In2O3)作为一种新型的半导体气敏材料在气体传感器领域具有广泛的应用前景,而如何改善In2O3的气敏性能一直是该领域的研究热点。材料的性能由其组成和结构决定,本论文主要通过In2O3纳米材料的微观结构的调控改善其气敏性能,解释气敏机理,建立材料结构和性能之间的关联并研究气敏差异的原因;同时,论文讨论了碳纳米管和贵金属铂掺杂量对In2O3气敏性能的影响。主要工作如下:1.采用一步溶剂热法合成形貌均一、粒径约为25nm的立方块状In2O3纳米粒子。通过焙烧温度、气氛对In2O3纳米粒子的微观结构进行调控并测试其对乙醇的气敏性能。通过比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、电子顺磁共振波谱(EPR)和X射线光电子能谱(XPS)分析材料表面的微观结构变化。研究发现,In2O3的气敏性能是由材料的比表面积、电导率和表面活性氧含量共同决定的,与供体缺陷的多少并无直接关联。最后利用原位红外(DRIFTs)在线分析了乙醇在不同气氛处理的In2O3表面的吸附情况。结果表明:乙醇气体是以两种乙氧基的形式吸附在In2O3的表面,在IO-O2表面吸附最快;并且主要以Type II型乙氧基存在,这可能与合成的In2O3暴露的晶面是(222)有关;由于在乙醇气体中In2O3发生结构重建,使得IO-O2表面具有了较多的Vo。2.调节实验参数,利用一步溶剂热法合成了粒径约为10nm的均匀In2O3纳米颗粒;在此基础上制备了掺杂不同质量分数的In2O3/MWCNTs复合材料,测试对乙醇的气敏性能。结果表明:掺杂质量分数为2.8%的In2O3/MWCNTs有最佳的气敏性能。结合气敏机理和XPS数据分析了In2O3/MWCNTs(2.8wt%)之所以具有最佳的气敏性能的原因是由于其具有较大的比表面积,有利于材料表面形成更多的化学吸附氧,提高材料的气敏性能。3.在粒径约为25nm的立方块状In2O3纳米粒子基础上,用柠檬酸钠还原法制备掺杂不同质量分数的In2O3-Pt纳米材料,测试对乙醇的气敏性能。结果表明:掺杂微量的Pt就能很明显的改善材料的气敏性能;当理论掺杂质量分数为15%(实际质量分数为4.17%)时,材料具有最高的气敏响应;通过UV-vis漫发射光谱得出此方法合成的In2O3-Pt中的Pt与In2O3之间存在较弱的相互作用;利用Pt的电子效应和催化性能,并结合XPS表征分析,得出了In2O3-Pt对乙醇气体的具有较高气敏响应的原因。
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