二维钙钛矿金属氧化物的水热合成及氨气气敏性能研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l77500
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
现代工业的高速发展在方便人们生活的同时,产生了大量的有毒有害气体,这在一定程度上对人们的生命健康造成威胁,氨气便是其中一种危害性较为严重的有毒气体。金属氧化物基气体传感器目前报道较多,但其存在运行工作温度高,气体选择性差等缺陷,而对于氨气这类易燃易爆气体,高温检测可能会造成安全隐患从而限制传感器的应用范围。因此,研究新的敏感材料体系与结构以适应室温高性能氨气检测刻不容缓。二维纳米结构由于其独特的二维几何形状、纳米级厚度和高比表面积,能提供较大的反应区域、更多的活性位点、易于功能化的表面,这些特征对于开发高性能气体传感器至关重要。ABO3型钙钛矿氧化物活性位点丰富,材料结构和组分的可调性更为灵活,因此有望成为新型气体传感器的敏感材料。本文以SrTiO3和PbTiO3作为研究对象,主要研究工作如下:(1)以1,2-丙二醇和十六烷基三甲基溴化铵组成双表面活性剂,采用水热法合成了SrTiO3超薄二维纳米片。分析结果表明,SrTiO3纳米片具有超薄厚度(约0.6 nm),其高能(110)晶面占比高达94.3%,比表面积为129 m~2/g。SrTiO3纳米片制备的气敏传感器工作温度低(20 ℃)、灵敏度高(5.4)、响应/恢复时间短(14/32 s)、选择性及稳定性好。通过量化计算分析了气体吸附能以及氨气吸附对能带结构的影响,并阐述了相应的气敏机理。(2)通过两步水热法,不添加表面活性剂,合成了PbTiO3二维纳米片。合成的PbTiO3二维纳米片结晶性好,厚度约为200 nm,大小约为1000 nm。气敏测试结果表明,PbTiO3纳米片传感器在25 ℃下对100 ppm NH3时表现出高灵敏度(3.6)、快速的响应/恢复时间(19/56 s)、出色的选择性和稳定性。分析了PbTiO3纳米片的内建电场和正极性面的吸附作用对氨气气敏性能的作用机理。(3)在PbTiO3纳米片表面,通过浸渍法负载银纳米颗粒。在合成的Ag/PbTiO3纳米复合物中,银纳米颗粒大小均匀(约10 nm)。气敏测试结果表明,1.5 at%Ag/PbTiO3纳米复合物传感器在25 ℃下对100 ppm NH3时表现出的气敏特性最佳,其气敏性能远优于纯PbTiO3传感器,具体体现在灵敏度更高(9.5>3.6),响应/恢复时间更快(10/30 s<19/56 s)。分析了Ag的电子敏化、化学敏化以及自身催化作用对气敏性能的影响机理。
其他文献
乙二醇是一种非常重要的、战略性大宗化工基本原料,大部分乙二醇被用来生产聚酯纤维,在烟草工业、纺织工业、化妆业也有很广泛的用途。我国乙二醇产量供不应求,每年需要靠大量进口才能满足我国的基本需求。我国能源体系有“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”的特点,为响应国家号召,大力发展煤制乙二醇技术顺应了我国的基本国情。煤制乙二醇中的其中一个关键步骤为草酸二甲酯(DMO)加氢制备乙二醇,DMO是一种重要的化工原料
学位
甲醛作为室内空气污染物的主要成分,严重危害人类的身体健康。以TiO2为代表的光催化氧化技术可在常压室温下将甲醛转换为无毒的水和二氧化碳,是去除室内甲醛的最佳选择。但传统光催化去除甲醛需要紫外光协助,严重限制了其应用普及。开发具有可见光响应的高效光催化剂,对研究去除甲醛意义重大。鉴此,本论文通过对TiO2进行Ag改性来实现催化剂对可见光的响应,以提高可见光作用下TiO2催化剂的去除甲醛性能。首先,分
学位
硼纳米材料作为一种新兴的纳米材料因具有良好的生物相容性、光电性能和低毒性等特点,激发了生物医学领域科学家们的研究热情。近年的研究发现,硼纳米材料不仅可应用于生物传感,还能应用于肿瘤诊疗,进一步表明了其在生物医学领域中巨大的应用潜力。但硼纳米材料的合成仍受到许多因素的影响,如复杂的制备条件和需要特殊的生长基质等。为了实现硼纳米材料在生物医学中的广泛应用,确保高质量样品的合成,仍然需要继续进行实验和理
学位
非线性光学(NLO)晶体作为固态激光器的核心材料之一,可以用于医疗、通讯、光刻等科学技术领域,所以一直受到科研工作者的关注。在近几十年中,科研工作者们探索得到了很多可能应用于深紫外区域到中远红外区域的非线性光学材料,并对其性能-结构关系进行了分析,发现其优异的性能一般是由其结构决定的。因此,本论文基于一些新型功能基团探索合成了多种结构新颖的非线性光学晶体材料,并研究了其性能与结构的关系,主要的研究
学位
光与电是信息传递与能量交换的重要媒介,基于光电转换原理所制备的光伏太阳能电池、光探测器以及发光二极管(LED)等器件,已经广泛应用并成为国防军工以及日常生活中必不可少的组成部分。同时由于日益增长的生产生活需要,传统的光电器件渐渐难以满足人们对转化效率、探测率以及工作稳定性等指标所提出的更高要求,这也促使科研工作者不断着力去研究、开发新型高性能光电器件。传统的光电材料一般采用无机半导体(如Si、Zn
学位
全钒液流电池由于其高效清洁的电池反应使其成为替代化石能源的选择之一。电极作为电池的核心部件,是提升电池性能的关键。石墨毡因造价低廉和较高的稳定性,成为全钒液流电池电极的首选材料,但是其亲水性能较差和活性位点的不足阻碍了全钒液流电池的进一步发展。通过化学改性,引入更多的缺陷和杂原子官能团,能够提升石墨毡电极的亲水性能,同时为钒离子的氧化还原提供更多的活性位点,是提高全钒液流电池的容量和效率的有效方法
学位
金属-有机框架(MOFs),作为一种新型多孔配位聚合物材料,因其巨大的比表面积、极高的孔隙率和丰富多样的结构,展现出许多独特的物理化学特性,拥有非常广阔的应用前景,尤其是MOFs薄膜的制备更拓展了在气体分离、传感器和催化等领域的应用。传统的水热/溶剂热法制备MOFs薄膜是直接将基底放入金属盐和有机配体的前驱体溶液中反应,制备的薄膜质量难以控制且不易大量制备,因此急需一种简单直接、适用范围广的方法来
学位
在聚合物加工领域,模具制造是最常用的加工方式。它具有生产效率高、成型精度好等特点。但是传统减材制造的方法制造模具工艺复杂,会耗费大量的人力与财力。将3D打印直接运用于模具的制造将会极大地节约开模的时间成本与金钱成本。目前,基于金属材料的3D打印模具精度难以达到模具所需要求,仍需繁琐的,包括线切割和砂光,等后处理过程。光固化3D打印可以满足模具的精度要求,但目前的光敏树脂的刚度与耐热性能不够。无机颗
学位
非线性光学(NLO)晶体材料作为固态激光器的核心器件,能够有效地扩展普通的激光光源的频率范围,对发展全固态激光器具有重要意义。其中紫外非线性光学晶体材料由于其在激光和光子技术的领域良好的应用前景从而引起科研工作者极大的兴趣。非线性光学晶体材料可以分为π共轭体系以及非π共轭体系两大类。其中π共轭体系中,包括硼酸盐、碳酸盐、硝酸盐和氰尿酸盐等等,平面π共轭分子轨道相互作用使其表现出较大的微观极化率和适
学位
微囊藻毒素(MC-LR)是蓝藻产生的一种肝毒性毒素,研发MC-LR的识别材料及在线分析测定技术,对于快速准确监测痕量MC-LR十分重要。核酸适配体通常由20-60个核苷酸组成的寡聚核苷酸单链序列,是近年来新兴发展的纳米生物识别材料,具有可体外筛选、易于化学修饰、良好特异性,在分子识别和传感分析方面应用广泛。本文基于MC-LR核酸适配体及其荧光标记互补链,组装构建MC-LR适配体分子杂交荧光探针,并
学位