论文部分内容阅读
氧化钨(WO3)纳米材料是一种性能优越的功能材料,在气敏传感器、电致变色和化学催化等方面有重要应用。低维W03纳米材料例如纳米线、纳米片、纳米阵列等,由于其非常大的比表面积和独特的结构形貌,表现出更优异的气敏性能。本文重点研究了W03纳米片、纳米柱的制备方法及其气敏性能,并与W03纳米颗粒气敏性能进行对比,分析相关的气敏机理,探讨形貌和结构对气敏性能的影响。首先,本文采用W03和Bi203为原料,煅烧并用硝酸处理获得H2W2O7·xH2O颗粒。再用H2W2O7·xH2O颗粒为原料和正辛胺在庚烷介质中进行插层反应,制备高度有序的无机和有机层交替镶嵌的钨基无机-有机混杂纳米带。并通过钨基无机-有机混杂带前驱体制备合成H2W04和W03纳米片。所得的WO3纳米片构成气敏传感器。WO3纳米片传感器对酒精、丙酮和NO、H2、CO气体等具有很好的灵敏度和很短的响应、恢复时间。在300℃工作温度时,对于酒精和丙酮测试的响应-恢复时间都要短于15s,在200℃时,对于20 ppm NO气体的灵敏度达到578。最重要是,在260-360℃工作范围内,W03纳米片传感器对2-300 ppm浓度范围内的醇类化合物(甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇)的灵敏度与其蒸汽浓度呈很好的线性关系。其次,通过水热法制备了WO3纳米柱。用偏钨酸铵为钨源,添加聚乙二醇(PEG)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,在1 mol/L硝酸溶液中,水热反应制备WO3纳米柱。WO3纳米柱的形貌和结构通过扫描电镜和XRD进行表征分析。WO3纳米柱传感器对酒精、丙酮和NO气体做系统的气敏性能测试。结果显示随着水热温度的升高,气敏性能提高,同时对酒精、丙酮和NO气体具有较好好的气敏性能。再次,用H2WO4纳米颗粒在550℃直接煅烧获得WO3纳米颗粒,测试其气敏性能,结果显示WO3纳米颗粒传感器的气敏性能要比WO3纳米片和W03纳米柱都相差很多,尤其要比WO3纳米片的气敏性能低超过一个数量级。最后,通过对三种W03纳米晶传感器气敏性能结果对比,分析W03半导体纳米晶的尺寸、形状和结构对于气敏特性是重要的影响因素。W03纳米片传感器比W03纳米柱和纳米颗粒具有更好、更优异的气敏性能,可以归因于W03纳米片大的比表面积,超薄片状结构、高结晶度和松散的自组装结构。