氧化锡/石墨烯复合甲醛气敏材料的研制

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甲醛是一种无色具有刺激性气味的有毒气体,长期接触对人体伤害很大,生活中主要存在于家装材料中。开发低检出限快速响应的甲醛传感器具有重要意义。氧化锡(SnO2)是一种n型宽禁带半导体,禁带宽度为3.5-4.0 eV。是一种重要的气敏材料,被广泛用于各种有害及易燃气体的检测和感知。然而,SnO2单体存在灵敏度低、选择性差等缺点。研发高灵敏度、优异选择性的复合甲醛气敏材料具有重要意义。本课题以SnO2气敏材料为研究主体,从SnO2纳米纤维出发,分别通过结构调控和氧化石墨烯增敏两个策略,实现其对甲醛气体检测性能的优化,具体内容包括以下三个部分:1、通过静电纺丝制备空心结构的SnO2纳米纤维,Hummer法制备氧化石墨烯(GO),二者复合后获得气敏材料,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)和X射线光电子能谱仪(XPS)对样品形貌、结构、比表面积和成分进行了表征,通过静态配气系统对其气敏性能进行评价。通过复合不同碳材料包括GO、石墨烯(G)以及碳纳米管(CNTs),初步探究增敏性能,详细研究了GO含量对复合材料气敏性能的影响并获得了最佳复合比例。实验结果表明:GO/SnO2复合材料对甲醛蒸汽具有优异灵敏度和选择性且GO复合的最佳比例为1 wt%,最佳工作温度为120℃,对100 ppm甲醛气体的灵敏度高达32,检出限为500 ppb。2、在SnO2纳米纤维的基础上,通过水热法在其表面生长SnO2片获得SnO2纳米纤维@纳米片分级结构材料。采用SEM、TEM、XRD、BET和XPS等表征手段对制备的样品的形貌、结构以及比表面积等进行了表征,系统研究分级结构对其气敏性能影响,初步探究复合GO后的气敏性能。实验结果表明:SnO2分级结构对甲醛的最佳工作温度为120℃,对100 ppm甲醛的灵敏度达57,复合1 wt%GO后,气敏性能提高约1.2倍。3、采用水热法成功制备簇状SnO2片。采用SEM、XRD以及BET对制备的样品进行了表征。系统研究了前驱液pH值、柠檬酸三钠的量等因素对SnO2片层的影响。复合不同碳材料,初步探究增敏性能,系统研究了GO含量对复合材料气敏性能的影响并获得了最佳复合比例。实验结果表明:簇状片层SnO2具有较好的气敏性能,GO复合的最佳比例为1 wt%,最佳工作温度为200℃,对100 ppm甲醛气体的灵敏度为24,检出限为500 ppb。
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