【摘 要】
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NO2作为一种有毒有害气体,对环境和人类身体健康有着巨大危害,因此需要对其进行有效的监测。金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器具有灵敏度高、结构简单、成本低廉等优点,因此被广泛应用于日常生产、生活中。金属氧化物WO3会对NO2气体表现出高灵敏度和高选择性,因而成为NO2气敏传感器中较具研究价值与潜力的气敏材料。本文中,我们在不同工艺条件下合成了WO3·xH2O、WO3/GO复合材料,构筑了相应的气
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NO2作为一种有毒有害气体,对环境和人类身体健康有着巨大危害,因此需要对其进行有效的监测。金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器具有灵敏度高、结构简单、成本低廉等优点,因此被广泛应用于日常生产、生活中。金属氧化物WO3会对NO2气体表现出高灵敏度和高选择性,因而成为NO2气敏传感器中较具研究价值与潜力的气敏材料。本文中,我们在不同工艺条件下合成了WO3·xH2O、WO3/GO复合材料,构筑了相应的气敏传感器,并对其气敏性能、气敏机理进行了研究,得到如下研究结果:（1）采用简单的水热法合成了WO3·xH2O（六方相结构WO3与WO3·0.33H2O的混合物）纳米结构材料,探讨了p H值（0.5、0.8、1.1、1.4、1.7和2.0）对WO3·xH2O产物形貌的影响;随p H值由0.5增至2.0,WO3·xH2O产物由游离的颗粒变为微米花直至变为纳米棒束,其中p H=1.1时合成的3D WO3·xH2O微米花结构由众多不同生长方向的纳米板组成并具有疏松多孔特征,其外径为1～2μm,比表面积为16.1 m2/g,平均孔径约为10.9nm。WO3·xH2O微米花气敏测试结果显示:器件最佳工作温度为105℃,对NO2气体表现出了优异的选择性;器件对2 ppm的NO2气体的响应值最高为22.9,响应时间为105s,恢复时间为144 s,最低检测极限低至125 ppb,器件展现出优异的重复性和长期稳定性;WO3·xH2O微米花气敏传感器气敏机理基于O2、NO2气体的吸附、脱附与化学反应。（2）采用简单的水热法合成了平均直径为3-5μm的WO3·xH2O微米花,研究了退火温度（未退火、300、400、500和600℃）对由纳米带组装而成的WO3·xH2O微米花形貌、结构及其气敏性能的影响,结果表明:随着退火温度由300℃提升至600℃,具有规则形状的纳米带转变为粗大的柱状晶粒,微米花结构由WO3·xH2O混合物经由纯六方相WO3结构最终转化为纯单斜晶WO3结构,其平均直径也增加至5-7μm;经400℃退火后的六方相WO3气敏传感器展现出最佳的气敏性能,在最佳工作温度～110℃、2 ppm的NO2气体条件下,探测器响应值高达25.36,响应、恢复时间分别为8 min、14 min,最低检测极限浓度低至125 ppb,且具备良好的重复性和长期稳定性。（3）采用简单的水热法与退火（400℃）工艺相结合的手段合成了三维、圆盘状的六方相WO3纳米棒束,其直径约4～6μm,并具有统一、规则的外形;将上述纳米棒束与不同添加量（0、0.25、0.5、0.75、1 m L）的GO溶液复合后得到WO3/GO纳米复合材料（分别记作WO3、WO3-0.25GO、WO3-0.5GO、WO3-0.75GO、WO3-1GO）,并构筑相应的气敏传感器。气敏结果显示:WO3-0.75GO复合材料气敏传感器具有最佳的气敏性能;相较于WO3气敏传感器,WO3-0.75GO传感器的最佳工作温度由130℃降至100℃,对NO2目标气体的响应值提升了5.13倍（3.429→17.6）,响应和恢复时间分别缩短了2.75倍（33 s→12 s）和2倍（134 s→67 s）,并表现出良好的重复性和长期稳定性。WO3/GO复合材料具有更好的气敏性能的原因:一、WO3和GO之间p-n异质结的形成会加快电子输运速度并提高复合材料的电导率;二、WO3与GO之间形成的C-O-W化学键会导致电子输运及化学反应的加速;三、GO具有的更大的比表面积会增加WO3/GO复合材料表面的吸附位点。（4）WO3与GO材料之间的复合,确实起到了提升WO3材料对NO2气体气敏性能的作用。
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