锡酸盐微/纳米材料的结构调控与气敏性能研究

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本文通过较为简便的低温溶液法合成了具有不同粒径,形貌规则均一,单分散的ZnSnO3立方晶体,通过络合剂辅助水热法合成了针状结构、纳米颗粒自组装的微球、空心笼状结构、块状自组装微球、六方片状结构、块状自组装八面体等不同形貌的锡酸锌晶体,通过溶液法无模板剂一步法合成了系列锡酸盐(锡酸镉、锡酸镁、锡酸铜、和锡酸锰)纳米晶。并利用X-射线衍射(XRD)、比表面吸附(BET)、X光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、电子共振顺磁波谱(EPR)以及气敏测试等手段对所得材料的结构、形貌以及气敏性能等方面进行了表征,所得结果如下:运用了一种极其简便的低温溶液法一步成功地制备出具有形貌规则、粒径均匀,且单分散的粒径锡酸锌立方晶体。并通过反应温度的控制,成功调控了所制备的锡酸锌立方晶体的晶粒尺寸(40-600 nm)。据不同时间节点的场发射扫描电子显微镜照片,推断出锡酸锌立方晶体的形成机理为成核-自组装过程。所制备的锡酸锌立方晶体传感器对甲醛气体表现出高的灵敏性,快速响应和较短的恢复时间。随着锡酸锌立方晶体的粒径逐渐变小,比表面积逐渐增大,禁带宽度变小,对气体的检测灵敏度也在逐渐上升,其中在0 oC时制备出的粒径约为40 nm的锡酸锌立方纳米晶对甲醛的最低检测限度可达1 ppm以下。以络合剂辅助合成水热反应法合成了一系列不同形貌的锡酸锌材料。系统考察了络合剂酸碱性、络合能力、分子结构等特性对产物形貌的影响。通过改变络合剂的种类成功地制备出了不同形貌的锡酸盐微/纳米材料(如:纳米针状结构,纳米颗粒自组装微球,空心笼状结构,块状自组装堆积微球,六方片状结构和块状自组装堆积八面体结构等)。不同形貌的锡酸锌微/纳米材料对乙醇气体表现出不同的灵敏度,其中针状结构具有最高的灵敏度,其次是纳米颗粒自组装的微球,空心笼状结构,块状自组装微球,六方片,块状自组装八面体。这一方面是因为针状结构粒径较小具有较高的比表面积,另一方面也是因为一维结构有利于电子的传输,从而导致其气敏传感器具有更高的气敏性能。在络合剂辅助合成法中,有望通过特定络合剂的选择实现不同结构的目标产物的控制合成。采用一种普适的、简便易行的低温溶液法,在无任何表面活性剂及模板剂辅助的情况下,一步制备了可以分散于水溶液中的锡酸镉、锡酸镁、锡酸锰和锡酸铜胶体纳米晶。并研究了他们的气敏性能,发现:锡酸镉的的最佳工作电压较之锡酸镁、锡酸锰、锡酸铜低,具有更好的应用潜能。锡酸镉纳米晶气敏传感器对乙醇具有很好的响应和较好的气敏选择性,可以应用制作醉酒驾驶检测设备。
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