原位漫反射紅外光譜技術(shù)在γ-Fe2O3基氣敏材料氣固界面反應(yīng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、金屬氧化物半導(dǎo)體的氣敏特性,是在一定溫度下半導(dǎo)體化合物跟所接觸的氣體(氧化性或還原性)發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。漫反射傅里葉變換紅外光譜法(DRIFTS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)原位(insitu)譜學(xué)檢測(cè)技術(shù),通過(guò)對(duì)催化劑上現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)吸附態(tài)的跟蹤表征以獲得一些有價(jià)值的表面反應(yīng)信息,進(jìn)而對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行剖析,已在催化表征中日益受到重視。基于此,本文通過(guò)對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器進(jìn)行改性(摻雜貴金屬和制備異質(zhì)結(jié)材料),提高對(duì)甲醛和丙

2、酮等有毒氣體的敏感性能,并運(yùn)用DRIFTS手段探討甲醛和丙酮等有毒氣體在納米γ-Fe2O3基敏感材料表面的吸附與反應(yīng)情況。
　　(1)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備純納米γ-Fe2O3氣敏元件,通過(guò)XRD和FESEM表征分析發(fā)現(xiàn):γ-Fe2O3薄膜是由尺寸均勻的球狀顆粒組成的多孔結(jié)構(gòu);晶體結(jié)構(gòu)為立方相。測(cè)試其對(duì)100ppm甲醛和丙酮的氣敏性能,利用DRIFTS研究了不同溫度條件下,甲醛和丙酮?dú)怏w在γ-Fe2O3薄膜表面的吸附與反應(yīng)過(guò)程,研究

3、表明:甲醛在其表面反應(yīng)的主要物種為吸附態(tài)甲醛、二氧亞甲基和甲酸鹽,另外還有少量的聚甲醛;丙酮在其表面反應(yīng)的主要物種為吸附態(tài)丙酮、醋酸鹽、甲氧基和碳酸鹽類。由此推斷出甲醛和丙酮在γ-Fe2O3薄膜表面的反應(yīng)過(guò)程,并對(duì)氣敏性能及氣固界面反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行解釋。
　　(2)利用絲網(wǎng)印刷和滴注相結(jié)合的技術(shù)制備Pd/γ-Fe2O3氣敏元件,測(cè)試其對(duì)100ppm甲醛和丙酮的氣敏性能,利用DRIFTS研究了不同溫度條件下,甲醛和丙酮?dú)怏w在Pd/γ-F

4、e2O3薄膜表面的吸附與反應(yīng)過(guò)程。研究表明:摻雜貴金屬Pd提高了對(duì)甲醛的氣敏性能。測(cè)試氣體在摻雜金屬Pd的表面發(fā)生反應(yīng),這些摻雜Pd由于不同的親電性改變了靜電勢(shì),繼而改變了表面勢(shì)壘高度,這相應(yīng)地改變了半導(dǎo)體內(nèi)部的電阻;同時(shí),PdCl2分散在氧化鐵顆粒表面,抑制了氧化鐵顆粒長(zhǎng)大,使其具有大的比表面積,這樣氣體分子更容易擴(kuò)散進(jìn)入氣敏膜內(nèi),有利于氣體分子與膜層材料之間的物質(zhì)傳輸。
　　(3)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備Nb2O5/γ-Fe2O3

5、氣敏元件,測(cè)試其對(duì)100ppm甲醛和丙酮的氣敏性能,利用DRIFTS研究了不同溫度條件下,甲醛和丙酮?dú)怏w在Nb2O5/γ-Fe2O3薄膜表面的吸附與反應(yīng)過(guò)程。研究表明:在納米γ-Fe2O3氣敏材料中添加一定量的Nb2O5形成異質(zhì)結(jié)構(gòu),提高了純?chǔ)?Fe2O3氣敏材料對(duì)甲醛和丙酮?dú)怏w的氣敏性能。一方面,Nb2O5的加入抑制了納米γ-Fe2O3顆粒長(zhǎng)大,形成大的比表面積,而大的比表面積有利于氣敏性能;另一方面,Nb2O5增加了γ-Fe2O3的