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《郑州大学》 2006年
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二氧化锡基材料的气敏性能与催化性能关系研究

潘丽华  
【摘要】:SnO_2是一种广谱气敏材料,可以用来检测各种还原性、可燃性气体。目前市售的商品化气敏元件大部分由SnO_2制成,但就SnO_2材料本身而言,灵敏度和选择性并不理想,器件指标主要通过各种掺杂得到提高,目前对于气敏元件的工作原理的研究已很多,但是对气敏材料的敏感机理的研究工作还落后于实际应用,难于从理论上指导气敏材料的开发与设计。并且文献中相关的报道也不多。针对上述问题,本文从SnO_2对目标气体的催化性能和气敏性能的联系出发,揭示SnO_2基气敏材料的敏感机理。 本文分别采用化学沉淀法和微乳液法制备了SnO_2粉体,并对其进行不同金属氧化物掺杂和添加贵金属,采用DTA-TGA、XRD、比表面积测试等手段对材料进行表征。结果表明,SnO_2晶化的温度大致在500℃左右,所得的粉体为纯SnO_2纳米晶体颗粒,用谢乐公式估算两种方法所得SnO_2的粒径分别为13nm和67nm,比表面积分别为42.7m~2·g~(-1)和127.2m~2·g~(-1)。 将粉体制成传统的烧结型旁热式气敏元件,采用气敏性能测试设备对其气敏性能(灵敏度)进行测试,结果表明掺杂La_2O_3或添加贵金属Pt,尤其是Pt,能显著提高气敏元件对乙醇的灵敏度,并具有很好的选择性,而Pd的添加使材料对CH_4的灵敏度提高显著,另外减小材料粒径是提高材料气敏性能的一种有效手段。 用微反-气相色谱联用装置系统评价了同种材料对甲烷和乙醇气体的催化性能。结果发现,添加贵金属Pd对甲烷的催化活性提高很明显,掺杂La_2O_3或添加贵金属能显著提高对乙醇的催化活性,而粒径小的材料有着更好的催化活性。 关联材料对目标气体的催化活性和灵敏度的结果显示:催化活性与灵敏度有着密切的关系,催化活性低则反应物很难与催化剂表面吸附氧发生反应,难以引起材料电学性能(电阻)的明显改变,导致其灵敏度低;催化活性太高,反应物来不及扩散到材料内层即被消耗掉,仅能引起材料表层,而不能引起材料整体的电学性质改变,灵敏度也低;若催化活性适中,反应物扩散到材料内部刚好被反应完全,元件灵敏度最高。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O614.432

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