Zn基纳米氧化物的调控及其气敏性能研究

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本文以降低金属氧化物半导体气敏传感器的工作温度,提高气体灵敏度为目标,采用溶剂热法,通过调节溶剂组分,制备出两种不同形貌的钨酸锌纳米结构,分别为钨酸锌纳米棒和钨酸锌纳米颗粒。通过光还原法在两种不同形貌的钨酸锌纳米结构表面负载Pt纳米粒子。通过TEM、XRD、XPS、Raman、BET等方法对材料的形貌和物相等方面进行了分析,并分别测试了四种材料对氢气和乙醇气体在室温下的气敏性能,并进一步阐述了气敏机理。当溶剂组分是水时,可以制备出钨酸锌纳米棒,然而当溶剂组分为乙二醇与水的混合物(乙二醇与水的体积比为14:1)时,制备出的钨酸锌为颗粒状。两种形貌的钨酸锌在物象上并没有区别。对于氢气和乙醇气体,钨酸锌纳米颗粒的气敏性能均优于钨酸锌纳米棒。由于钨酸锌是一种湿敏材料,随氢气浓度的升高,钨酸锌气敏传感器对氢气的响应会受空气湿度的影响而降低。相比于其它有机挥发性气体(甲醇和丙酮),两种钨酸锌纳米结构对乙醇气体的响应最高,在室温下的最低检测极限可以达到100 ppm。Pt纳米粒子的负载可以大大提高钨酸锌纳米结构对氢气的响应,其提升作用对钨酸锌纳米棒来说更加明显。负载Pt纳米粒子后,钨酸锌纳米棒在室温条件下对1.5%浓度的氢气的灵敏度从1.4提高到了12.5。同种材料不同形貌表现出的气敏性能不同,可能是因为不同形貌的钨酸锌微观结构和暴露出的晶面不同。另外,Pt纳米粒子可以有效消除水蒸气的影响,从而避免基线的漂移现象。Pt纳米粒子负载之所以能够提高钨酸锌纳米结构的气敏性能,除了贵金属本身所具有的催化性能外,还因为在金属与半导体界面处产生了肖特基势垒。另外,Pt纳米粒子表面产生的PtO也有助于气敏性能的提高。
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