【摘 要】
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具有挥发性的有机胺类物质易燃易爆且有毒有害,这些挥发性胺很容易对人类和动植物的健康造成危害。因此,开发气体传感材料实现对胺类化合物高效、准确的检测和监测极其重要。作为一种气体传感材料,二氧化锡因其带隙较宽、电子迁移率高和独特的物理化学稳定性等优势具有较大的开发和应用潜力。然而,单一的氧化锡仍面临着传感能力不足的挑战,这远远不能满足实际需求。为此,研究人员在提高氧化锡的气敏性能方面付出了更多的努力,
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具有挥发性的有机胺类物质易燃易爆且有毒有害,这些挥发性胺很容易对人类和动植物的健康造成危害。因此,开发气体传感材料实现对胺类化合物高效、准确的检测和监测极其重要。作为一种气体传感材料,二氧化锡因其带隙较宽、电子迁移率高和独特的物理化学稳定性等优势具有较大的开发和应用潜力。然而,单一的氧化锡仍面临着传感能力不足的挑战,这远远不能满足实际需求。为此,研究人员在提高氧化锡的气敏性能方面付出了更多的努力,而金属掺杂就是改善传感材料性能的有效策略之一。本文以改善二氧化锡的胺检测性能为研究目的,在不同的水热条件下制备氧化锡气敏材料,并掺入金属铬对其改性。通过调控铬的掺杂含量实现了对载流子浓度和能带结构的调控,探究了其对检测三乙胺性能的影响。研究内容和结论如下:（1）采用水热法合成了铬掺杂的二氧化锡纳米颗粒/微棒材料,通过调控铬源的含量,实现了对电子浓度和能带结构的调控,并对性能和机理进行了详细的探讨。气敏性能研究结果表明:掺入金属铬后,二氧化锡材料的最优工作温度从300℃降低到260℃,较低的工作温度有利于减少能耗和延长传感器的寿命。在所有Cr-SnO2-x基传感器中,Cr-SnO2-5在260℃对100 ppm三乙胺响应值是纯SnO2的4.5倍,且具有良好的选择性和稳定性,检测限低至319 ppb。更重要的是通过调控铬的含量可以有效地调控检测VOCs的选择性。（2）采用沉淀结合水热的方法合成纳米层堆积的二氧化锡纳米材料,通过调控溶液的p H改变了载流子的浓度和能带结构,系统研究了二氧化锡材料在不同p H和老化时间下对三乙胺传感性能的影响。研究结果显示,在溶液p H=7.4的环境下,SnO2-7.4（SO-5）对三乙胺具有良好的检测能力,240℃下检测100 ppm三乙胺的灵敏度达50.0。SnO2-7.4在最佳老化时间15天（SO-15）时,240℃下对100 ppm三乙胺表现出最大的响应（Ra/Rg=116.8）,尤其是在低浓度1 ppm和5 ppm下具有较好的响应,暴露在三乙胺中能快速响应和恢复,且在检测低浓度1 ppm三乙胺有较高的稳定性。（3）采用水热法制备了铬掺杂的二氧化锡纳米层堆积材料（p H=7.4）,通过掺入不同含量的金属铬,实现对载流子浓度和能带结构的调控,分析了铬掺杂二氧化锡传感器的气敏机理。气敏性能研究结果表明:相对于SnO2-7.4（SO-5）,Cr-SnO2-1.0材料在220℃下对100 ppm三乙胺灵敏度为74.3,这相当于SnO2-7.4在老化10天后（SO-10）达到的灵敏度（Ra/Rg=85.2）,这暗示了金属铬的掺杂能够缩短老化时间。并且掺入铬以后,传感器的最佳工作温度降低了20℃,具有较快的响应和恢复特性,检测限低至313 ppb。
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