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金属氧化物气敏传感器是以金属氧化物材料为气敏元件的传感器,其气敏性能与材料的形貌、结构和组成等密切相关。金属有机骨架化合物(MOFs)具有孔径可调、比表面积大等优点,以其为模板可控制合成多孔金属氧化物材料,同时为气体在材料中的扩散与传输及电子传导提供通道,增强其气敏性能。本论文以Zn-MOFs为模板,可控合成系列ZnO多孔材料,以Fe-MOFs为模板合成了系列ZnO/α-Fe2O3多孔纳米棒异质结构,及Ce3+掺杂的α-Fe2O3复合材料。研究了不同结构材料的气敏性能差异,并提出了其气敏机理。主要有以下研究内容:1.以Zn(Ac)2·6H20为反应原料,FMA为配体,不同链长的醇为反应溶剂合成了系列Zn-MOF前驱体,经高温锻烧得到了相应的多孔ZnO,产物基本保持了前驱体原有的形貌。结果表明,改变FMA的加入量和溶剂的种类对产物的形貌有重大影响。随着FMA加入量的增大,多孔ZnO的形貌逐渐由带状变成花状最后变成棒状。改变溶剂链长后可得系列尺寸及形貌可调的ZnO产物(花状、刺球状、球状),研究了体系中三种典型形貌ZnO的气敏性能,对于1000 ppm的丙酮气体,样品灵敏度分别达到49.83(R1)、48.38(R2)和33.61(R3)。样品R1的气敏性能最高,主要归因于其相对较高的氧空位(Ov)含量(38.42%)和较大的比表面积(26.76m2g-1)。2.以棒状α-Fe203为模板Zn(Ac)2·6H20为反应原料,FMA为配体,甲醇和水为混合溶剂,多次浸泡法首先合成Zn-MOF/oa-Fe2O3前驱体,经高温锻烧后得到ZnO/α-Fe2O3多孔纳米棒异质结构。通过调节浸泡的次数得到不同ZnO负载量的ZnO/α-Fe2O3多孔纳米棒。气敏实验结果表明,样品ZnO/α-Fe2O3-S3对1000 ppm的丙酮气体响应最好,达到33.18,与棒状α-Fe2O3(3.27)相比灵敏度提高了 10倍。ZnO/α-Fe2O3的异质结构有利于电子从ZnO流向α-Fe2O3,在α-Fe2O3端产生电子累积层,吸附更多氧气分子,从而提高了其气敏性能。3.以FeC13和Ce(NO)3·6H20为反应物,HMTA为配体,乙二醇为反应溶剂,经溶剂热法及后续高温烧结合成了系列Ce3+掺杂α-Fe203纳米复合材料。结果表明Ce3+掺杂后α-Fe203纳米结构形貌由带状转变成片状。探究了不同Ce3+掺杂含量对气敏性能的影响。实验表明,不同含量Ce3+掺杂后的α-Fe203纳米复合材料均对丙酮气体有更高的灵敏度和选择性,其中样品R1对1O00 ppm的丙酮气体响应最好,达到15.31,约是α-Fe203(6.74)的2.27倍。Ce3+掺杂增加了α-Fe203内部的氧空位含量,降低其自身电阻,提高了其气敏性能。