【摘 要】
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燃料燃烧、汽车尾气排放以及工业生产导致二氧化氮排放量逐年递增,不仅造成酸雨和光化学烟雾,使生态环境遭到破坏,同时人类的健康也受到了严重威胁。为了保护生态环境和人类健康,制备安全可靠的气敏传感器具有重要的现实意义。当下,气体探测标准的日益严苛对气体传感器在灵敏度、稳定性、恢复性等多个性能方面提出了更高的要求,超高灵敏气体传感器研究是新一代气体传感器的发展方向。针对气体传感器的研究现状与发展趋势,本论
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燃料燃烧、汽车尾气排放以及工业生产导致二氧化氮排放量逐年递增,不仅造成酸雨和光化学烟雾,使生态环境遭到破坏,同时人类的健康也受到了严重威胁。为了保护生态环境和人类健康,制备安全可靠的气敏传感器具有重要的现实意义。当下,气体探测标准的日益严苛对气体传感器在灵敏度、稳定性、恢复性等多个性能方面提出了更高的要求,超高灵敏气体传感器研究是新一代气体传感器的发展方向。针对气体传感器的研究现状与发展趋势,本论文设计构筑了层状双金属氢氧化物/氧化还原石墨烯基复合气敏传感器,该复合结构气体传感器在室温下对二氧化氮具有高灵敏度、快速响应恢复特性及低检测下限的优异敏感特性,能够有效应用于家庭安全、环境监测等领域。在本工作中,我们首先基于静电导向自组装作用设计构筑了一种锌钛层状双氢氧化物/还原氧化石墨烯（ZnTi-LDHs/rGO）纳米杂化结构,并通过简单水热法实现了该杂化结构的成功制备。ZnTi-LDHs/rGO呈现为LDHs在rGO表面的面-面堆叠结构,显著改善了纯相LDHs的聚集堆叠现象。ZnTi-LDHs/rGO独特的疏松结构、异质效应以及良好电导性可以显著增强ZnTi-LDHs/rGO传感器的气敏性能。在室温下,基于ZnTi-LDHs/rGO的传感器对0.5-50 ppm NO2的气体响应值较纯相ZnTi-LDHs传感器增大了4倍,能够实现对于50 ppb NO2的有效检测,同时达到极快的响应速度和良好的响应稳定性。其次,为了进一步改善ZnTi-LDHs/rGO杂化结构中LDHs的分散性,我们进一步优化了ZnTi-LDHs/rGO杂化结构的构筑工艺,以在氧化石墨烯片表面自组装的ZIF-8为自牺牲模板生长LDHs,构筑笼形自支撑LDHs/rGO杂化结构,获得的LDHs表现为类ZIF-8的中空笼形自支撑结构,从而极大地改善了LDHs-rGO面-面分层组装造成的二维堆叠现象。优化的笼形自支撑LDHs/rGO传感器表现出了对稀薄NO2气体的室温超灵敏特性。当暴露于50 ppb超稀薄NO2中,该结构优化的杂化传感器表现出了～28%的敏感响应,该响应值远大于优化前的ZnTi-LDHs/rGO杂化传感器（响应值～3%）,该研究结果表明,结构优化的ZnTi-LDHs/rGO杂化传感器具有对ppb级NO2气体高灵敏室温检测的能力。最后,本论文从独特的导向组装微观结构和ZnTi-LDHs与rGO在气敏和导电性能的协同效应等方面分析了ZnTi-LDHs/rGO杂化结构及其优化结构的气敏增强机理。
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