h-BN基纳米复合材料的制备及其三乙胺敏感性能研究

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六方氮化硼(h-BN)作为一种新颖的,有着和石墨烯结构类似的二维纳米材料,具有良好的市场应用前景。与石墨烯相比,氮化硼表现出更好的耐高温性、抗氧化性和更强的抗化学腐蚀性等,近年来逐渐引起科研者的关注。本论文针对BN基复合材料的制备及其对三乙胺(TEA)气敏性能进行了系统的研究,分别制备了以h-BN为基底材料负载p型NiO纳米颗粒、n型WO3纳米片和Mo O3纳米线的复合材料,并进行详细阐述了其增敏机制,具体研究内容如下:(1)NiO/h-BN复合材料的制备及纳米尺度异质结增敏效应的研究本章论文并利用溶剂热法,将NiO纳米颗粒锚定在超薄功能化h-BN纳米薄膜的表面,避免了纳米颗粒的堆积团聚。同时还详细探讨了纯NiO和NiO/h-BN复合材料的传感机制,分析其纳米级异质结构对TEA气敏性能的影响。结果表明,与纯NiO(65.288 m~2?g-1)相比,所制备的NiO-BN-13复合异质结构具有足够的介孔和更高的比表面积(220.436 m~2?g-1),不仅可以为晶格缺陷的产生提供有利条件,还增加了TEA气体分子吸附、扩散和界面反应的活性位点。本论文用简单的方法将p型金属氧化物负载在功能化h-BN纳米薄膜上来制备气体传感器,不仅为氮化硼基复合材料提供了新的研究思路,同时也深入剖析了肖特基势垒模型与晶界的增敏效应。(2)WO3/h-BN纳米复合材料的制备及结构调控增敏效应的研究在本章论文中,我们提出了通过溶剂热的方法来合理地构造不同比例的二维h-BN纳米薄膜与均匀的WO3纳米片复合的气敏元件,不需要模板或表面活性剂。通过反复实验,开展了对不同浓度的TEA传感性能研究。结果表明,WO3负载h-BN复合材料传感器对TEA具有更高的灵敏度、优异的选择性和显著的响应-恢复速率,优于纯WO3气敏元件,本论文还详细地分析了最优化组成、二维功能化h-BN的敏化及结构调控的作用。(3)MoO3/h-BN纳米线性复合材料的制备及缺陷改性增敏效应的研究本章论文利用溶剂热法成功合成了线性MoO3/h-BN纳米复合材料,并研究其对TEA的气湿敏性能,首先通过直接煅烧制备前驱体Mo粉,再经溶剂热法负载不同比例的超薄h-BN纳米片层结构,实验测试结果表明,2 wt%/Mo O3气敏传感器性能达到最优,最佳工作温度也从280℃降低为260℃。本文通过缺陷改性Mo O3使暴露更多的晶面结构以达到TEA增敏的效果,并解释了湿度对其灵敏度和稳定性的影响,为今后制备Mo O3/h-BN传感器件提供了新的研究思路。图36幅,表6个,参考文献134篇。
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