过渡金属氧化物、硫化物及其复合纳米结构制备及气敏性能研究

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金属氧化物、硫化物及其复合结构因其优异的光、电、热、磁性能,已成为化学、材料、物理等领域的重要研究方向之一。众所周知,材料的性能与其晶型、微观形貌、尺寸和组成密切相关,因此研究金属氧化物、硫化物及其复合结构的简易控制合成不仅具有重要的理论意义,而且还可以拓宽其应用范围。利用纳米合成技术改进气敏材料的性能已成为今后气敏材料发展的主导方向之一;另外,选择适当的添加剂对气敏材料进行复合也能有效提高材料气敏性能。基于此,本文以金属氧化物、硫化物及其复合结构为研究对象,采用简易的溶液相方法合成了一系列具有独特形貌的金属氧化物、硫化物及其复合结构;用IR、XRD、SEM、TEM、FE-SEM、UV以及TG-DSC等手段对合成产物进行了系统表征;并以所得材料为基础构建了气体传感器,考察了气体传感器的性能参数。具体的研究内容包括:   (1).发展前驱体途径,以Cu(NO3)2·3H2O和CO(NH2)2为原料,制备了具有多孔结构特征的盒状CuO微结构。测得其比表面积为18.2 m2/g,孔径分布在12-28 nm。气敏测试结果表明所得CuO具有很好的气敏性能,尤其对乙醇、丙醇和丙酮有很高的选择性和灵敏度。在此基础上,考察了盒状CuO微结构光催化降解染料的性能,结果表明在H2O2的辅助作用下分等级多孔CuO微结构对亚基蓝染料有很好的降解作用。   (2).在(1)基础上,通过引入表面活性剂成功制备了具有球形分等级结构的CuO微球。进而利用清洁的光化学途径,将Ag纳米颗粒成功地负载到CuO表面。利用所得的CuO和Ag-CuO纳米复合材料构建了气体传感器,考察了其对乙醇,丙醇和丙酮的气敏性能。结果表明:Ag纳米粒子的引入有效提高了CuO材料的气体传感性能。   (3).通过生物分子叶酸的辅助作用构建了一条制备花状和球壳状氧化锌纳米结构的新途径。探讨了反应温度、反应物浓度以及溶液酸碱度等反应条件对产物形貌的影响。紫外-可见漫反射光谱显示花状ZnO结构带隙为3.1 eV。对花状结构氧化锌材料的气敏性能进行了系统测试,测试结果显示ZnO对甲醛和乙醇有较高的选择性和优秀的灵敏度。   (4).通过水热途径构建了不同形貌的Ni(OH)2前驱体,研究了反应物浓度等反应条件对样品形貌的影响。在后续的原位煅烧条件下前驱体可转化为纳米NiO材料。选取了其中两种典型的纳米NiO进行了气敏性能测试并进行了比较。发现由圆板状Ni(OH)2前驱体制得的NiO材料对乙醇和丙醇有好的传感响应性。   (5).以十八胺为溶剂和表面活性剂,AgNO3,Cu(acac)2,S粉和Bi(dbdc)3为反应物,构建了制备Ag2S/Bi2S3,CuxS/Bi2S3异质结的胶体化学方法。具有超离子流体特性的Ag2S,CuxS纳米晶起到催化辅助生长Bi2S3的作用,初步探索了Ag2S/Bi2S3异质结的光学性能。本途径制备Bi2S3基异质结纳米晶,方法简单,无需复杂的前驱体溶液制备和热注射途径,只需直接加入固体前驱体,并有望拓展到其它种类异质体系,因此有着重要的学术意义。
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