多级结构金属氧化物的制备及其对H_2S气敏性能研究

【摘要】：作为有毒有害气体之一的H_2S,不仅会造成环境污染和生态失衡,还威胁着人类的身体健康。气敏传感器是一种气体检测工具,尤其是具有高灵敏度、响应快速、成本低廉和检测方便等优点的金属氧化物气敏传感器,得到气敏研究人员的广泛关注。但是,随着科学和技术的迅猛发展,人们对H_2S气体检测的要求也越来越高。传统的金属氧化物气敏传感器往往面临着灵敏度和选择性较差的问题,不能满足工业生产工程的实际要求。充分利用纳米材料的优势,通过调控材料的结构和形貌,以及对材料进行掺杂和表面修饰有望进一步提高半导体金属氧化物的气敏性能。本文主要是通过简单的化学法以及水热法合成了多级结构的金属氧化物,并通过调控试验参数来研究它们的生长机理。同时探究了不同试验参数和掺杂对材料气敏性能的影响,对比了掺杂前后气敏材料对H_2S的气敏性能,对气敏机理做了初步探索。主要内容归结如下:1、通过一步沉淀法,以六水合硝酸锌和氢氧化钠为原料,十六烷基三甲基溴化铵和抗坏血酸为辅助剂,制备了ZnO自组装微球,研究了添加不同含量的抗坏血酸对产物形貌的影响;通过捕获反应的中间状态研究了ZnO微球的生长机理。以ZnO自组装微球为敏感材料制备气敏传感器,检测其对H_2S的气敏性能,由于微球的比表面积大,材料具有较好的灵敏度,对10ppmH_2S灵敏度达50。2、以硝酸锌、尿素为原料,聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,采用简单的水热法制备了碱式碳酸锌前驱体,并对其进行退火处理后得到了最终的产物多孔氧化锌。为了进一步提高材料对H_2S的气敏性能,对其进行CuO掺杂处理。研究结果表明,CuO掺杂的ZnO对H_2S的灵敏度大大提高,氧化铜掺杂的多孔氧化锌对硫化氢的最佳响应温度在180℃,对10ppm硫化氢的灵敏度可以达到60。3、SnO_2也是最早被用作气敏材料的金属氧化物之一,它的气敏研究也得到广大研究者的关注和研究。本文以硝酸锌和氢氧化钠为原料,以尿素为表面活性剂,采用简单水热法制备了SnO_2微球并研究其气敏性能。研究表明,调控试验参数对样品形貌有较大的影响。不添加尿素时,样品的形貌为颗粒状,随着尿素含量的逐渐增加,样品的形貌开始向球状过渡。SnO_2微球对H_2S的选择性好,在240℃下对20ppm的H_2S的灵敏度达48。