【摘 要】
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伴随着工业化进程的快速发展,人们对居住的环境的空气质量提出了更高的要求。气体传感器作为空气质量监测系统的关键原件,其敏感材料的特性对传感器性能有决定性的影响。近年来,新兴的金属有机框架（Metal Organic Frameworks,MOFs）材料为开发高效的气体传感器提供了崭新思路。与传统金属氧化物材料相比,MOFs材料由于具有更大的孔隙率和比表面积,尤其是可调节的孔径以及可变的功能基团,为气
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伴随着工业化进程的快速发展,人们对居住的环境的空气质量提出了更高的要求。气体传感器作为空气质量监测系统的关键原件,其敏感材料的特性对传感器性能有决定性的影响。近年来,新兴的金属有机框架（Metal Organic Frameworks,MOFs）材料为开发高效的气体传感器提供了崭新思路。与传统金属氧化物材料相比,MOFs材料由于具有更大的孔隙率和比表面积,尤其是可调节的孔径以及可变的功能基团,为气体分子在其表面的吸附、扩散与发生气敏反应提供更多的位点与空间,在气体传感器领域具有广阔的应用潜力。本文以金属有机框架衍生物为敏感材料,通过异质结构筑和Au纳米颗粒负载对敏感材料进行改性。探究其对敏感材料气敏特性的影响规律。同时,探究气体传感器的气敏机理,为高性能金属有机框架衍生物基气体传感器提供理论指导和技术支持。主要研究内容如下:（1）以ZIF–67为自牺牲模板,通过水热法、高温热解等手段合成了Co3O4、In2O3/Co3O4、Zn In2O4/Co3O4和不同量Au纳米颗粒修饰Zn In2O4/Co3O4的复合材料。气敏性能测试结果表明所制备的传感器可实现对异丙醇的高性能检测。当表面负载1 mo%Au纳米颗粒后,在260℃时对100 ppm异丙醇的响应高达263.61,且具有良好的线性度与长期稳定性。（2）通过控制反应物中金属离子与有机配体的比例,制备出不同In2O3/Cu O复合材料。结果表明,传感器在160℃下对甲醛具有良好的敏感特性,其中,InCu0.25传感器对10 ppm甲醛的响应为61.01,而纯In2O3的响应只有32.18。当InCu0.25表面修饰3 mol%Au纳米颗粒修饰后,对100 ppm甲醛的响应达到137.27,表现出优异的甲醛性能。（3）采用水热法制备不同MOF-5/MOF-2,高温退火后形成ZnO/NiO复合材料。随着复合材料中NiO含量的增加,传感器响应呈现出先升高后降低的趋势。当Zn2+/Ni2+比为1:0.5时,对甲醛的气敏特性高于纯ZnO气体传感器。对Zn Ni0.5复合材料进行Au纳米颗粒负载后发现微量Au纳米颗粒的修饰能显著提升传感器对甲醛的气敏性能。（4）结合氧吸附/脱附模型,对传感器气敏机理进行分析,将传感器性能提升归结于以下两方面:不同复合物界面之间形成p-n结和n-n结,耗尽层变厚,载流子浓度降低,初始电阻增加;Au纳米颗粒的电子敏化与化学催化作用,降低反应焓变,加快反应速率,提升传感器气敏性能。
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