论文部分内容阅读
气体检测在许多领域具有非常重要的意义,例如,工业控制、燃料排放控制、汽车尾气排放控制、家庭安全和环境污染监测。生活中的污染气体如燃料燃烧,汽车尾气排放,装修挥发的有害气体,臭鱼腐蚀产生的气体,这些挥发性有机物（VOCs）是大气中主要的污染气体,危害着人类的身体健康。在气体检测技术中,基于半导体金属氧化物的固态气体传感器的应用前景较为广阔。生活已经离不开气敏传感器,在病房、实验室、医院以及几乎所有的技术设施中都能找到它的身影。传感材料决定着气敏传感器的性能,通过改变合成方法、控制材料形貌、与其他材料复合等方法研发出超小尺寸、大的比表面积的高性能敏感材料,是提升传感器性能的重要途径。本论文主要以挥发性有机气体为目标气体,制备出不同形貌的钛基纳米异质结构材料,分析了材料表面电子的转移和能量势垒的变化,深入研究了异质结、核结构纳米带对半导体气敏传感器性能提升的机理,主要工作分为一下三个部分:（1）以八面体的氧化铁为前驱体,采用水热和湿化学沉积方法制备了一种新型的Fe-O-Ti纳米颗粒异质结构。具有大量气孔的Fe-O-Ti纳米异质结构有较高的比表面积,有利于提高气体传感器的响应值。与纯Fe2O3和TiO2相比,Fe-O-Ti复合材料具有响应恢复时间快（Tres=6 s,Trec=48 s）、响应值高（Response=35.6）、选择性好等,能明显增强传感性能。结果表明,类桑椹Fe-O-Ti异质结构的特殊形貌和大比表面积为气体反应提供了较大的接触面积。（2）制备出应用于TEA气体传感器检测的锐钛矿/金红石型TiO2@SnO2中空球。与纯二氧化钛相比,TiO2@SnO2中空分级结构在低浓度的TEA中表现出较高的响应值和快的响应速度。在240°C的工作温度下,浓度为5 ppm TEA,TiO2@SnO2样品的响应值高达4.04,是纯TiO2的3倍。由于SnO2纳米粒子均匀分布在TiO2空心球上,形成了N-N异质结,从而增强了对TEA的气敏性能。TiO2和SnO2之间的界面为TEA的目标气体与负氧离子反应提供了更多的活性位点。锐钛矿/金红石型TiO2和SnO2相互连接良好,有利于有效的电子转移。（3）介绍了AgO/TiO2/In2O3纳米带的制备和表征。采用水热法和湿法化学沉积法成功制备了AgO/TiO2/In2O3异质结构。经扫面电镜观察得到材料的形貌为长约为100μm,宽为0.5-1μm的带状纳米结构,与纯TiO2相比,将In2O3引入TiO2可显著缩短响应时间和工作温度,银负载对传感性能的促进作用表现在缩短了响应恢复时间,AgO/In2O3/TiO2的最佳工作温度为280°C,100 ppm乙醇的响应值为68.5,响应时间为33s,恢复时间为52s。