【摘 要】
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甲醛是室内空气中最常见的有害气体,长期暴露于甲醛气体中可能会导致白血病、鼻咽癌等疾病,因此甲醛气体检测具有重要的现实意义。Co3O4基气体传感器具有低成本、高稳定性和易集成的优点,但对甲醛气体存在灵敏度低和选择性差的缺点。本文采用MOF模板自牺牲法制备了 Co3O4纳米材料,并通过构建复合材料和掺杂改性来提升Co3O4纳米材料气敏性能,表征了所制备材料的形貌和结构,测试了气敏性能,分析了气敏机理。
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甲醛是室内空气中最常见的有害气体,长期暴露于甲醛气体中可能会导致白血病、鼻咽癌等疾病,因此甲醛气体检测具有重要的现实意义。Co3O4基气体传感器具有低成本、高稳定性和易集成的优点,但对甲醛气体存在灵敏度低和选择性差的缺点。本文采用MOF模板自牺牲法制备了 Co3O4纳米材料,并通过构建复合材料和掺杂改性来提升Co3O4纳米材料气敏性能,表征了所制备材料的形貌和结构,测试了气敏性能,分析了气敏机理。主要工作如下:（1）以金属有机框架材料（MOF）中结构稳定且反应条件温和的ZIF-67作为牺牲模板,调控Co、2-甲基咪唑（Hmim）的配比,制备了多孔Co3O4纳米材料。Co:Hmim为1:40时制备的Co3O4纳米材料具有三维多孔结构,比表面积为60.14m2/g。气敏测试结果表明,该材料在最佳工作温度150℃对100ppm甲醛气体的灵敏度为4.6,响应时间为92s,恢复时间为161s。（2）制备了不同Zn、Co比例的双金属有机框架材料,经煅烧得到ZnO/Co3O4复合材料。气敏测试结果表明,Zn:Co为1:8制备的ZnO/Co3O4复合材料在150℃对100ppm甲醛的灵敏度为11.7,响应时间为75s,恢复时间为104s。该复合材料对甲醛的灵敏度是纯Co3O4纳米材料的2.5倍,并且具有良好的选择性和长期稳定性。气敏性能的增强归因于其多孔结构和pn异质结的形成。（3）制备了不同浓度稀土 Ce掺杂的ZIF-67,煅烧后得到Ce掺杂Co3O4纳米材料。气敏测试结果表明,得益于稀土 Ce掺杂改性,3mol%Ce掺杂Co3O4材料在150℃对100ppm甲醛气体的灵敏度为16.3,响应时间为84s,恢复时间为106s。该材料对甲醛的灵敏度是氨水的9.1倍,具有较好选择性能。
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