Ag3PO4及其复合材料的气敏性能研究

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随着经济和社会的高速发展,人们对生活环境质量的要求越来越高。实现对有毒、有害气体的实时监测就变得非常重要。半导体气体传感器因为其制造工艺简单且成本较低、使用方便而且以其作为传感材料的传感器的灵敏度相对较高,所以受到研究人员的密切关注。半导体气体传感器材料虽然因为以上诸多优点已被广泛而深入的研究,但是作为气体传感材料依然存在以下问题:(1)工作温度过高严重缩短传感器的寿命;(2)对目标气体的选择性较差;(3)检测下限偏高等。针对上述存在的问题,研究人员开始不断地尝试其他半导体材料作为气敏材料,Ag3PO4材料逐渐进入研究人员的视野。本研究主要以Ag3PO4及其复合材料做为气敏材料,围绕半导体气体传感器工作温度过高和选择性与抗干扰能力差这两个问题展开系统研究。具体研究内容如下:(1)光辅助提高Ag3PO4纳米颗粒在室温下的气敏性能的研究本研究采用沉淀法成功制备了分布均匀的粒径主要分布在100-140 nm之间的Ag3PO4纳米颗粒,系统研究了Ag3PO4气体传感器对氨气(NH3)气体的响应特性。研究结果表明,在低功耗的白色的LED灯的照射下气体传感器的气敏性能在室温的情况下得到显著改善。并且发现,Ag3PO4气体传感器无论是在黑暗条件下还是在光照条件下都对NH3有着较好的选择性和抗干扰能力,归因于氨气(NH3)具有孤电子对能与Ag3PO4中的银离子(Ag+)的空轨道进行轨道杂化;其次,Ag3PO4表面吸附的氧物种(如O2-、O-、和O2-)也具有孤电子对能与NH3中的氢离子(H+)形成氢键。(2)通过设计异质结构提高牡丹花形状的WO3与Ag3PO4纳米颗粒复合材料气体传感器在室温条件下的稳定性和灵敏度本研究采用水热法与沉淀法成功制备了牡丹花形状的WO3负载均匀Ag3PO4纳米颗粒的复合材料。系统研究了WO3/Ag3PO4气体传感器对NH3气体在室温条件下的响应特性。研究结果显示,复合材料的响应值比单纯材料的响应值都要高;其次,复合材料传感器的检测下限达到1 ppm,而且对NH3有着较好的选择性和抗干扰能力,有着非常好的市场应用前景。此外,WO3/Ag3PO4气体传感器还拥有较好的稳定性,这得益于两者之间形成的异质结构。电子从Ag3PO4的导带转移到WO3的导带,从而减轻了Ag3PO4导带中电子对Ag+的还原作用,提高了材料的使用寿命。(3)通过设计异质结构提高了g-C3N4/Ag3PO4复合材料气体传感器在室温条件下的气敏性能本研究通过沉淀法将Ag3PO4与不同质量的g-C3N4复合,并通过场发射透射电子显微镜(TEM)对复合材料的微观形貌、结构以及元素组成进行了表征。系统的研究了不同质量比的g-C3N4/Ag3PO4复合材料在室温的条件下检测氨气的气敏性能,测试结果表明,测试所用的各种复合材料气体传感器中,AC1(Ag3PO4:g-C3N4=1:0.1)气体传感器对NH3的响应值是最高的,而且具有优异的选择性和较好的短期稳定性。
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