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CoMgFe复合氧化物及其离子液体浸渍产物的气敏性能研究

高文学  
【摘要】:近些年来,环境保护问题越来越受到关注,导致了传感器不断扩大发展。气敏传感器作为化学传感器中最活跃的一种,对各种有毒有害气体的检测极其重要,而金属氧化物半导体气敏传感器是一种研究开发较早的传感器,它主要是利用气敏元件同气体接触导致电导率等物理变化来检测气体的成分和浓度。单一金属氧化物材料稳定性和选择性方面有一定的局限性,因此近年对复合金属氧化物材料的研究越来越多。类水滑石(Hydrotalcite-like compounds,HTLC)是一种具有独特的双层离子结构特性的新型无机材料,它具有阳离子可搭配,阴离子可交换和结构记忆性等特点使其在诸多方面得到了发展。以类水滑石为前驱体煅烧后得到的复合氧化物可以通过调节前体的结构和性能来控制其微观均匀性,因而在制备气敏材料方面被广泛应用。离子液体(Ionic liquids,ILs)是一种完全由阴阳两种离子所构成的一种新型绿色溶剂,它具有不可燃、不挥发、热稳定性好和导电性高等优点,而且可以减少或消除化工生产过程中挥发性有机物的排放,因而被认为是绿色化学和清洁工艺中最有发展前途的溶剂。 本论文主要是采用共沉淀法合成钴镁铁类水滑石,经煅烧后得到其复合氧化物。一方面将钴镁铁复合氧化物直接制备成气敏材料;另一方面将离子液体与钴镁铁复合氧化物经物理混合后制备成气敏材料。分别用X射线衍射仪,傅立叶变换红外光谱仪、扫描电镜、元素分析、综合热分析仪、差示扫描量热仪、气敏原件测试系统等对材料进行表征和测试。主要工作如下: 一、采用共沉淀法分别合成了Co替代1/4、1/5、1/6、1/7、1/8Mg的CoMgFe类水滑石和CoFe类水滑石,并在600℃下煅烧两个小时得到相应的CoMgFe复合氧化物和CoFe复合氧化物。在XRD图谱中可以清晰的看到(003)(006)(009)(015)(018)(110)(113)(116)等晶面,为水滑石的特征衍射峰,而且衍射峰形窄而尖,说明结晶度较好。扫描电镜下可以看到CoMgFe复合氧化物具有片状结构。对乙醇、甲醛、丙酮、一氧化碳进行气敏性能测试展示出良好的响应。从测试结果中发现1/6CoMgFe复合氧化物对这几种气体的灵敏度要高于其它Co含量的,同时发现测试中丙酮的灵敏度是最高的。因而测试了1/6CoMgFe复合氧化物在不同丙酮浓度下的气敏性,发现灵敏度随丙酮浓度增加而增大。 二、离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐(BmimBF4)与1/6CoMgFe复合氧化物经物理结合后,分别对乙醇、甲醛、丙酮、一氧化碳进行气敏性能测试,发现响应温度比纯1/6CoMgFe复合氧化物明显降低,但灵敏度减小。


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