α-Fe2O3及其復(fù)合納米材料氣敏性能研究.pdf

1、近幾年來(lái)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)有毒、有害和可燃性氣體的檢測(cè)變得尤為重要。因此，氣體傳感器在食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)和氣體檢測(cè)等方面的應(yīng)用受到研究人員的廣泛關(guān)注。因此，制備具有高靈敏度、高選擇性和高響應(yīng)速度的高性能傳感器成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
　　 作為一種重要的n型半導(dǎo)體，α-Fe2O3是最穩(wěn)定的離子氧化物。由于具有成本低，無(wú)毒和較好的抗腐蝕性能，它現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于氣體傳感器的研究。α-Fe2O3的電導(dǎo)率對(duì)其所處的環(huán)境中的氣體非常

2、敏感，因此它可以作為高效氣體傳感材料?；陔x子氧化物的潛在應(yīng)用和納米材料的新穎性質(zhì)，研究人員做了大量工作來(lái)合成具有不同形貌的α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，不同形貌的α-Fe2O3具有很多吸引人的形貌依存特性。但是，α-Fe2O3也具有單一的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體金屬氧化物材料所具有的選擇性差、靈敏度低等缺點(diǎn)。因此，α-Fe2O3氣敏材料正由單一材料向復(fù)合材料發(fā)展。
　　 本文開展了α-Fe2O3納米材料及其摻雜材料用于氣體傳感器的研

3、究。選擇Au和CuO為摻雜材料，對(duì)α-Fe2O3的氣敏性能進(jìn)行了改進(jìn)，制備了不同的摻雜材料，然后對(duì)其進(jìn)行表征，并研究其氣敏性能。本文的主要研究結(jié)果，概括如下:
　　 (1)利用簡(jiǎn)單的水熱法制備了形狀較均勻的α-Fe2O3納米管。該制備方法簡(jiǎn)單有效、易操作、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，無(wú)需其他有毒的溶劑、表面活性劑和特殊的儀器如微波加熱器和超聲設(shè)備等。氣敏測(cè)試結(jié)果表明，用該方法制備的α-Fe2O3納米管對(duì)甲醇、乙醇、正丁醇等醇類具有較好的氣敏響應(yīng)，

4、且穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，表明材料在檢測(cè)甲醇、乙醇、正丁醇等醇類氣體方面的應(yīng)用潛能。
　　 (2)利用簡(jiǎn)單、綠色、通用的方法成功地合成了Au納米粒子負(fù)載功能化的α-Fe2O3納米棒。此方法合成過(guò)程簡(jiǎn)便易行，省略了傳統(tǒng)合成中需要對(duì)載體進(jìn)行功能化預(yù)處理的步驟，從而提高了合成效率。在合成中，小粒徑的Au納米粒子(nanoparticles，NPs)負(fù)載到α-Fe2O3納米棒(nanorods，NRs)的表面。Au/α-Fe2O3雜化納米棒

5、(Au0.5wt.％)對(duì)乙醇、甲醇、正丁醇和苯有較好的響應(yīng)信號(hào)，表明該復(fù)合材料在檢測(cè)這幾種VOCs氣體方面的應(yīng)用潛能。
　　 (3)通過(guò)碳球模板法制備了具有薄殼結(jié)構(gòu)的CuO修飾α-Fe2O3空心球納米結(jié)構(gòu)。用甲醇、乙醇、丙酮等幾種VOCs氣體作為探針氣體，研究了所制備的CuO修飾的α-Fe2O3空心球的氣敏性能。氣敏測(cè)試結(jié)果表明:n型的α-Fe2O3空心球傳感器的氣敏性能可以通過(guò)p型的CuO納米粒子的修飾而得到顯著提高，該傳感器