金属有机骨架衍生的氧化铟纳米材料的合成及其气敏性能研究

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近年来,工业化的繁荣带来了严峻的污染问题,大气中有毒气体数量不断增多,人们迫切的需要可以有效检测有毒有害气体的传感装置,气体传感器的应用地位不断提高,并且在众多领域得到了广泛的应用如大气环境污染检测,化工生产和储存检测,反恐和军事安全等方面,因此获得了大量科研人员的关注,而金属氧化物半导体传感器由于体积小质量轻,性能优异等优点从中脱颖而出。在目前所认知的金属氧化物中,In2O3是近年来走进大家热点视野的N型半导体材料,与传统材料相比,它具有禁带宽度宽,电阻小,催化活性高等优点,因此在传感、催化等领域有广泛应用。但是纯In2O3样品由于灵敏度低,需要较高温度激发最佳的气敏响应等缺点,限制了其应用,所以对其结构的进一步优化成为了研究热点。金属有机骨架材料(MOF)由于其多样的形貌和大比表面积的特点,被众多科研人员认为具有巨大的研究潜力,但其自身导电性极差,因此我们将二者结合以制备出具有优秀形貌的In2O3材料,本论文主要通过改变实验参数对其基体形貌进行优化,掺入金属离子对其改性和与石墨烯复合来提升其气敏性能。本论文的主要研究内容如下:(1)采用油浴法制备出MOF前驱体,并对其进行硫化处理最后通过煅烧获得表面具有分级结构的氧化铟微管其长度为10μm,在140℃的工作温度条件下对三乙胺(10 ppm)具有优异的气敏响应(105),通过反应釜制备出MOF前驱体,通过煅烧获得In2O3材料其形貌为杨桃结构,微管长度约为5μm,在140℃对1 ppm三乙胺气体的灵敏度为135左右。通过改变参数制备出氧化铟空心盒子,在160℃对甲醛有着最佳的性能响应。(2)通过向氧化铟空心盒子中掺入不同金属离子制备出Ce、Cr、Ni掺杂的In2O3材料,通过气敏性能分析发现,掺入Ce的In2O3盒子对甲醛(10 ppm)的灵敏度最高为68较原样相比提高了近7倍。掺入Cr的In2O3管的最低的工作温度为140℃,较原样相比下降20℃,且对氨气(10 ppm)的灵敏度为15,较原样提高了4倍。掺入Ni的In2O3材料对甲醛(10 ppm)有着较好的气敏响应为24。(3)通过In2O3空心盒子与r GO复合得到In2O3/rGO纳米复合材料。其最佳响应气体为甲醛,在较低温度下(100℃)对浓度为10 ppm甲醛的灵敏度为600,并在接近室温的情况下仍具有高的气敏响应。
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