【摘 要】
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众所周知,H2S是有毒气体,也是大气污染物,给环境和人们生活带来严重的危害。因此,制备低温、高灵敏度和快速响应的H2S传感器具有十分重要的意义。本论文致力于探索简便的制备方法
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众所周知,H2S是有毒气体,也是大气污染物,给环境和人们生活带来严重的危害。因此,制备低温、高灵敏度和快速响应的H2S传感器具有十分重要的意义。本论文致力于探索简便的制备方法,合成多种纳米金属氧化物H2S气敏材料,研究其在低温情况下,低浓度H2S气敏性能及探讨了它们的气敏机理。 本文通过简单的制备方法,一步还原法、声化学法、溶剂热法、溶剂热-热解法,制备了种类丰富、不同形貌的金属氧化物纳米材料,包括多孔Cu2O/CuO亚微球结构,CuO纳米带,ZnO系列纳米颗粒团簇、纳米束及纳米棒,ZnFe2O4纳米颗粒、多孔Co3O4纳米片和α-Fe2O3纳米片等。特别是制备的ZnO系列纳米材料,具有不同形貌和尺寸,包括300~500nm纳米颗粒团簇,500~900nm由纳米棒组成的ZnO纳米束,直径和长度分别约为45和145nm的纳米棒等。 研究了合成条件对上述样品的影响,探讨了上述金属氧化物的生长机制。例如,CuO纳米带的生长机理:首先形成Cu(OH)2纳米线,然后逐渐转变为一维Cu(OH)2/CuO核壳纳米结构,最后生成CuO纳米带结构。这种两步优先生长过程,为纳米带材料的合成开辟了新的制备途径。 研究了上述金属氧化物纳米材料对H2S气体的气敏特性。结果表明在较低的工作温度下,它们均对H2S气体有良好的气敏特性,包括较大响应、快速的响应与恢复时间、长时间稳定性。针对H2S气体优异的传感特性,研究了纳米尺度下敏感材料的结构、相成分与响应特性之间的关系,给出其气敏增强机制。例如,多孔Cu2O/CuO亚微球结构气敏材料,在95℃时,气敏传感器对50ppb H2S的灵敏度为2.1,响应和恢复时间分别为24s和76s。其敏感特性可归因于Cu2O/CuO亚微球复合材料形成Cu2O2-x过渡状态,该活跃的过渡状态更容易与H2S气体相互作用。同时,减小材料的尺寸,增加气敏材料的比表面积,对提高Cu2O/CuO亚微米球气敏性能有不可忽视的作用。 综上所述,所制备的金属氧化物纳米材料可以在较低的工作温度下,检测痕量H2S气体。因此,上述金属氧化物纳米材料具有潜在的实用价值。
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