【摘 要】
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气体传感器是一种可以对气体进行识别和监测的传感装置,其在环境保护、工业安全、医疗诊断等领域体现出重要的应用价值和广泛的应用需求。传感器件的设计和气敏材料的优化是制备性能优良气体传感器的关键。因此,开发性质稳定的气敏电极以及构筑性能优越的气敏材料成为研究气体传感器的重中之重。本文的主要工作是利用光刻技术制备图案化叉指电极的FTO导电玻璃作为新型气敏电极,采用液相法合成氧化锌（Zn O）气敏材料,将其
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气体传感器是一种可以对气体进行识别和监测的传感装置,其在环境保护、工业安全、医疗诊断等领域体现出重要的应用价值和广泛的应用需求。传感器件的设计和气敏材料的优化是制备性能优良气体传感器的关键。因此,开发性质稳定的气敏电极以及构筑性能优越的气敏材料成为研究气体传感器的重中之重。本文的主要工作是利用光刻技术制备图案化叉指电极的FTO导电玻璃作为新型气敏电极,采用液相法合成氧化锌（Zn O）气敏材料,将其应用于气体传感器以检测硫化氢（H2S）气体。具体工作内容如下:1.通过滴液辅助水热法在FTO气敏电极上原位生长了Zn O纳米簇（Zn O NCs）,并将多元醇还原法得到的铂纳米颗粒（Pt NPs）负载在纳米簇上获得了Pt-Zn O NCs气敏材料。采用XRD、SEM、HRTEM和XPS等表征手段对Pt-Zn O NCs的结构和形貌进行分析。气敏性能测试表明,在室温下,Pt（1.5%）-Zn O NCs对H2S气体响应的提升最为明显,且表现出良好的选择性和重复性。在室温下,其对5 ppm H2S气体的响应值为16.59,是纯Zn O NCs的13.4倍。此外,Pt（1.5%）-Zn O NCs传感器还将高温下的最佳工作温度降至250℃。Pt（1.5%）-Zn O NCs优异的气敏性能归因于纳米簇顶部的接触结形成了晶界势垒,交联网状结构有利于气体的扩散。另外,Pt作为催化剂引入了更多的活性位点并在Pt-Zn O界面处形成了肖特基势垒,促进了表面吸附氧的形成以及氧化还原反应的发生。2.采用水热法对原位生长在FTO气敏电极的Zn O纳米棒（Zn O NRs）进行同步刻蚀及W掺杂,制备了具有W掺杂多晶壳的中空管状结构,然后通过浸渍法获得了Pt修饰的同步刻蚀及W掺杂的Zn O纳米管（Pt@EW-Zn O NTs）。利用XRD、SEM、HRTEM和XPS等表征手段对材料的结构和形貌进行分析。研究发现,获得EW-Zn O NTs具有最佳的水热时间,在同步刻蚀/掺杂30分钟时,EW-Zn O NTs的形貌结构更有优势,其对H2S的气敏响应最高,是Zn O NRs的2倍。在负载Pt NPs之后,Pt（2.5%）@EW-Zn O NTs对H2S的传感特性提升最大。在室温下,其对10 ppm H2S表现出了较高的响应（27.2）,并且将检测限降低至ppb级。此外,Pt（2.5%）@EW-Zn O NTs还表现出良好的H2S选择性、可重复性以及长期稳定性。结果表明,气敏性能的改善主要归因于W掺杂引入了更多的表面缺陷,增加了自由载流子的浓度;具有粗糙表面的纳米管结构可以为气体反应提供大量的活性位点;Pt NPs的电子敏化和化学敏化。
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