锡酸盐基气体传感器的制备及气敏性能研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ashwing
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锡酸盐金属氧化物在电容器、光催化、湿度敏感性和气体敏感性等领域具有潜在的应用价值。通过修饰可以实现等价、非等价的金属掺杂,实现对特定目标气体的选择性响应。因此,制备可在较低工作温度下运行的锡酸盐类金属氧化物,优化调控其形貌。并通过掺杂金属离子以提高其气敏性能具有重要的理论与现实意义。本文采用水热法,在温和的反应条件下合成了 ZnSnO3、Mn2SnO4和PbSnO3三种样品。利用XRD、SEM、XPS等表征分析方法,系统研究了材料的微观结构特征。同时,检测了对100 mg/L乙醇气体的气敏性能。通过ZnSnO、Mn2SnO4、PbSnO3的合成实现工作温度的逐次降低,探索了可在较低的工作温度下进行乙醇检测的锡酸盐基气体传感器材料。(1)通过化学诱导自转变的奥斯瓦尔德熟化与化学脱水制备出中空球形貌的ZnSnO3,合成过程中未使用任何表面活性剂或封端剂。结合反应温度、反应时间与氢氧化钠浓度实现对ZnSnO3形貌的调控与优化,并分析了中空球的合成机理与气敏响应机理。在240℃C的最佳工作温度下,锡酸锌样品显示出对乙醇气体良好的选择性响应,表明ZnSnO3中空球是一种潜在的乙醇气体传感器应用材料。(2)通过Sn4+与Mn2+在强碱性条件下的快速共沉淀与自组装制备立方结构的MnSn(OH)6。以MnSn(OH)6为前体并结合高温下的化学脱水与体积收缩制备出类立方体结构的Mn2SnO4样品。优化水热参数,探究了合成条件对Mn2SnO4形貌和气敏性能的影响,并对其进行Co2+、Ni2+、Cu2+的掺杂改性。金属离子的掺杂提高了乙醇的响应性能,在200℃的最佳工作温度下,相较于Mn2SnO4,Ni-Mn2SnO4的乙醇响应提高了53.9%。(3)通过聚乙烯吡络烷酮(pvp)快速吸附在物料表面,抑制晶体生长,实现了锡酸铅纳米颗粒的控制制备。调整反应温度、反应时间与PVP分子量,以调控锡酸铅颗粒的聚集程度。金属离子的掺杂提高了乙醇的响应性能,在最佳工作温度160℃,Cu-PbSnO3样品的乙醇响应优于纯PbSnO3样品,提高了 28.8%,并且也优于Co-PbSnO3;而Ni2+的掺杂则未明显改善PbSnO3的乙醇响应。
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