本文主要研究内容
作者（2019）在《贵金属-氧化锌核壳颗粒的气敏传感机制探究与掺杂改性研究》一文中研究指出：随着我国社会经济的快速发展,气敏传感器在检测环境空气质量、工业废气监测、易燃易爆与有毒害气体检测、人体呼出气体检测等领域的作用愈加重要。但是目前电阻型气敏传感器存在对低浓度的气体(小于5 ppm)灵敏度不高,选择性差等问题,因此开发高灵敏与高选择性的气敏传感器显得尤为重要。本论文从材料结构设计出发,尝试构建贵金属-氧化锌异质界面,探索这种异质界面在气敏传感中的作用,制备高灵敏的氧化锌基气敏材料。本论文选取苯、丙酮与二氧化氮作为目标气体,通过一系列表征与测试手段探究了贵金属-氧化锌异质界面对氧化锌基材料的气敏传感性能的作用与规律,并在此研究的基础之上,研制出一系列的高灵敏度与高选择性的贵金属-氧化锌核壳纳米颗粒气敏传感材料。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)Au-ZnO异质界面的调控以及其对气敏传感性能的影响。采用两步法合成金-氧化锌核壳材料:首先采用水热法合成金-氧化锌核壳结构前驱体,利用CTAB调控ZnO在Au表面的生长速度;然后在高温下煅烧得到Au@ZnO颗粒。制备所得到的核壳Au@ZnO颗粒对低浓度苯(小于5 ppm)气敏性能较纯氧化锌有所提升,主要是因为Au与ZnO之间存在功函数差异引起了ZnO外壳电子状态改变。为了进一步地提高气敏性能,进行了尝试调控金的功函数的实验,对Au纳米颗粒进行Pd和Pt修饰。经过表面修饰之后,锻烧后的Au@ZnO核壳纳米颗粒ZnO外壳晶粒变大,气敏性能得到提高。(2)探索贵金属-氧化锌异质界面对氧化锌基材料气敏传感性能的作用机制。采用水热与煅烧两步法合成了三种Au@ZnO、Pd@ZnO与Pt@ZnO核壳纳米颗粒。利用多种表征手段分析这几种颗粒结构与物性上的差别,并比较它们的气敏性能。发现了贵金属-氧化锌异质界面对于ZnO基材料性质的影响规律性:贵金属与氧化锌之间功函数差异越大(功函数差异比较Pt@ZnO>Pd@ZnO≈Au@ZnO),表面氧比例越高,气敏性能越好。其中Pt@ZnO核壳纳米颗粒对低浓度苯有很高的灵敏度(对1 ppm苯响应为2.7),低检测下限(10 ppb),选择性和优秀的长期稳定性,以上表明Pt@ZnO是一种非常优秀的苯系物气敏材料。(3)发现元素掺杂与贵金属-氧化锌异质界面的协同作用。实验结果表明,元素掺杂的方法可以进一步提高贵金属-氧化锌核壳纳米颗粒的气敏性能。合适的元素选择与掺杂量,既可以保留原本的核壳结构,又可以对外壳进行改性。掺杂与贵金属-氧化锌异质界面的协同作用,使得气敏传感性能得到进一步增强。适量A1元素掺杂与Pt-ZnO异质界面的协同作用促使ZnO外壳表面吸附氧比例被大大提高,从而提高了材料的气敏传感灵敏度。其中4%-A1-Pt@ZnO核壳纳米颗粒低浓度丙酮有高的灵敏度(对1 ppm与100 ppm丙酮响应分别为9.26与128),低的检测下限(20 ppb),良好的选择性和稳定性,有作为人体呼出气体检测气敏传感材料的潜质。(4)1%-Ga-Pt@ZnO核壳纳米颗粒是一种具有多种功能应用的气敏材料。首先,其对低浓度丙酮有很高的灵敏度(对1 ppm与50 ppm丙酮响应分别为13.6与296),很低的检测下限(10 ppb),良好的选择性和稳定性,有作为人体呼出气体检测气敏传感材料的潜质。1%-Ga-Pt@ZnO核壳纳米颗粒还对NO2气体有可逆p-n型半导体传导率转变现象,我们画出了其p-n型半导体传导率转变区域相图。借助这相图,可以相对准确地判断在某工作温度(T)与NO2气体浓度(C)下1%-Ga-Pt@ZnO核壳纳米颗粒对于NO2气体的p-n型半导体传感类型,因此这种材料有识别低浓度N02气体的应用前景。借助经典兰纳-琼斯势(Lennard-Jones potential function)数学模型解释了工作温度(T)与NO2气体浓度(C)调控1%-Ga-Pt@ZnO核壳纳米颗粒的可逆p-n型半导体传导率转变的机制。
Abstract
sui zhao wo guo she hui jing ji de kuai su fa zhan ,qi min chuan gan qi zai jian ce huan jing kong qi zhi liang 、gong ye fei qi jian ce 、yi ran yi bao yu you du hai qi ti jian ce 、ren ti hu chu qi ti jian ce deng ling yu de zuo yong yu jia chong yao 。dan shi mu qian dian zu xing qi min chuan gan qi cun zai dui di nong du de qi ti (xiao yu 5 ppm)ling min du bu gao ,shua ze xing cha deng wen ti ,yin ci kai fa gao ling min yu gao shua ze xing de qi min chuan gan qi xian de you wei chong yao 。ben lun wen cong cai liao jie gou she ji chu fa ,chang shi gou jian gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian ,tan suo zhe chong yi zhi jie mian zai qi min chuan gan zhong de zuo yong ,zhi bei gao ling min de yang hua xin ji qi min cai liao 。ben lun wen shua qu ben 、bing tong yu er yang hua dan zuo wei mu biao qi ti ,tong guo yi ji lie biao zheng yu ce shi shou duan tan jiu le gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian dui yang hua xin ji cai liao de qi min chuan gan xing neng de zuo yong yu gui lv ,bing zai ci yan jiu de ji chu zhi shang ,yan zhi chu yi ji lie de gao ling min du yu gao shua ze xing de gui jin shu -yang hua xin he ke na mi ke li qi min chuan gan cai liao 。ben lun wen de zhu yao yan jiu nei rong he jie guo ru xia :(1)Au-ZnOyi zhi jie mian de diao kong yi ji ji dui qi min chuan gan xing neng de ying xiang 。cai yong liang bu fa ge cheng jin -yang hua xin he ke cai liao :shou xian cai yong shui re fa ge cheng jin -yang hua xin he ke jie gou qian qu ti ,li yong CTABdiao kong ZnOzai Aubiao mian de sheng chang su du ;ran hou zai gao wen xia duan shao de dao Au@ZnOke li 。zhi bei suo de dao de he ke Au@ZnOke li dui di nong du ben (xiao yu 5 ppm)qi min xing neng jiao chun yang hua xin you suo di sheng ,zhu yao shi yin wei Auyu ZnOzhi jian cun zai gong han shu cha yi yin qi le ZnOwai ke dian zi zhuang tai gai bian 。wei le jin yi bu de di gao qi min xing neng ,jin hang le chang shi diao kong jin de gong han shu de shi yan ,dui Auna mi ke li jin hang Pdhe Ptxiu shi 。jing guo biao mian xiu shi zhi hou ,duan shao hou de Au@ZnOhe ke na mi ke li ZnOwai ke jing li bian da ,qi min xing neng de dao di gao 。(2)tan suo gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian dui yang hua xin ji cai liao qi min chuan gan xing neng de zuo yong ji zhi 。cai yong shui re yu duan shao liang bu fa ge cheng le san chong Au@ZnO、Pd@ZnOyu Pt@ZnOhe ke na mi ke li 。li yong duo chong biao zheng shou duan fen xi zhe ji chong ke li jie gou yu wu xing shang de cha bie ,bing bi jiao ta men de qi min xing neng 。fa xian le gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian dui yu ZnOji cai liao xing zhi de ying xiang gui lv xing :gui jin shu yu yang hua xin zhi jian gong han shu cha yi yue da (gong han shu cha yi bi jiao Pt@ZnO>Pd@ZnO≈Au@ZnO),biao mian yang bi li yue gao ,qi min xing neng yue hao 。ji zhong Pt@ZnOhe ke na mi ke li dui di nong du ben you hen gao de ling min du (dui 1 ppmben xiang ying wei 2.7),di jian ce xia xian (10 ppb),shua ze xing he you xiu de chang ji wen ding xing ,yi shang biao ming Pt@ZnOshi yi chong fei chang you xiu de ben ji wu qi min cai liao 。(3)fa xian yuan su can za yu gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian de xie tong zuo yong 。shi yan jie guo biao ming ,yuan su can za de fang fa ke yi jin yi bu di gao gui jin shu -yang hua xin he ke na mi ke li de qi min xing neng 。ge kuo de yuan su shua ze yu can za liang ,ji ke yi bao liu yuan ben de he ke jie gou ,you ke yi dui wai ke jin hang gai xing 。can za yu gui jin shu -yang hua xin yi zhi jie mian de xie tong zuo yong ,shi de qi min chuan gan xing neng de dao jin yi bu zeng jiang 。kuo liang A1yuan su can za yu Pt-ZnOyi zhi jie mian de xie tong zuo yong cu shi ZnOwai ke biao mian xi fu yang bi li bei da da di gao ,cong er di gao le cai liao de qi min chuan gan ling min du 。ji zhong 4%-A1-Pt@ZnOhe ke na mi ke li di nong du bing tong you gao de ling min du (dui 1 ppmyu 100 ppmbing tong xiang ying fen bie wei 9.26yu 128),di de jian ce xia xian (20 ppb),liang hao de shua ze xing he wen ding xing ,you zuo wei ren ti hu chu qi ti jian ce qi min chuan gan cai liao de qian zhi 。(4)1%-Ga-Pt@ZnOhe ke na mi ke li shi yi chong ju you duo chong gong neng ying yong de qi min cai liao 。shou xian ,ji dui di nong du bing tong you hen gao de ling min du (dui 1 ppmyu 50 ppmbing tong xiang ying fen bie wei 13.6yu 296),hen di de jian ce xia xian (10 ppb),liang hao de shua ze xing he wen ding xing ,you zuo wei ren ti hu chu qi ti jian ce qi min chuan gan cai liao de qian zhi 。1%-Ga-Pt@ZnOhe ke na mi ke li hai dui NO2qi ti you ke ni p-nxing ban dao ti chuan dao lv zhuai bian xian xiang ,wo men hua chu le ji p-nxing ban dao ti chuan dao lv zhuai bian ou yu xiang tu 。jie zhu zhe xiang tu ,ke yi xiang dui zhun que de pan duan zai mou gong zuo wen du (T)yu NO2qi ti nong du (C)xia 1%-Ga-Pt@ZnOhe ke na mi ke li dui yu NO2qi ti de p-nxing ban dao ti chuan gan lei xing ,yin ci zhe chong cai liao you shi bie di nong du N02qi ti de ying yong qian jing 。jie zhu jing dian lan na -qiong si shi (Lennard-Jones potential function)shu xue mo xing jie shi le gong zuo wen du (T)yu NO2qi ti nong du (C)diao kong 1%-Ga-Pt@ZnOhe ke na mi ke li de ke ni p-nxing ban dao ti chuan dao lv zhuai bian de ji zhi 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)的，发表于刊物中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)2019-07-18论文，是一篇关于贵金属氧化锌异质界面论文,气敏传感器论文,元素掺杂论文,可逆型半导体传导率转变论文,中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)2019-07-18论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)2019-07-18论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：贵金属氧化锌异质界面论文; 气敏传感器论文; 元素掺杂论文; 可逆型半导体传导率转变论文; 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)2019-07-18论文;