半導體金屬氧化物納米材料的合成、改性與氣敏性能研究.pdf

1、納米技術和納米材料的迅速發展已經深刻地改善了人們的生活。除了利用常規方法合成納米材料之外，探索和開發簡單高效、廉價環保的新路線來制備新型納米結構材料，以及開發新材料的新用途對納米科學的發展具有十分重要的意義，同時也是今后納米研究的核心。本文通過不同的調控手段合成出半導體金屬氧化物微納米材料，以此來獲得高性能氣敏材料。我們利用納米技術系統地合成出一維、二維、三維、多級、空心、多孔等具有特殊形貌結構的微納米材料，并調控組分得到復合半導體金屬

2、氧化物、貴金屬修飾型半導體金屬氧化物等雜合物微納結構。本文的主要研究內容如下:
　　1.采用簡單有效的碳球模板法制備出具有多孔結構的α-Fe2O3空心微球結構，并且通過一系列表征證明微球具有多孔薄層球壁和較大的內部空腔。氣敏測試結果證明，α-Fe2O3空心微球的特殊多孔結構可以顯著提高氣敏材料的性能。同時本章工作也為開發高性能空心、多孔氣敏材料和檢測有毒氣體提供的新的思路和方向。
　　2.利用簡單的低溫水熱法、無需后續焙燒處

3、理就成功制備出了均勻的一維ZnO納米棒結構且產率高達85％。一維ZnO納米棒具有獨特的電子輸送能力、不易團聚、較大的表面-體積比等特點，有利于待測氣體在材料表面的擴散和傳輸，從而對乙醇氣體表現出優越的氣敏性，證明其在酒敏傳感器方面的潛在應用價值。
　　3.通過簡單的一步低溫水熱法合成由二維納米片組裝而成的三維多級SnO2納米花。通過合理調控初始原料中OH-/Sn2+的摩爾比、水熱時間、水熱溫度等參數，可以有效地調控三維多級SnO2

4、納米結構的形貌。SnO2納米花特殊的三維多級結構為待測氣體分子提供了較大的接觸表面和寬敞的內部空間，有利于氣體的滲透和擴散從而加速氣敏響應。該制備方法對合成其他高級納米材料具有指導意義，并有望應用于催化、染敏電池、鋰電池等領域。
　　4.通過調控材料的組分，采用兩步溶液法合成CuO納米粒子修飾多孔ZnO納米棒的p-n型復合納米材料。不同組分之間的協同作用能有效整流p-n結界面處的電子并調節界面勢壘高度，結合ZnO獨特的一維多孔納米

5、棒結構，使得雜化材料在低溫下就表現出極好的H2S氣敏性能。本文也為開發其他高選擇性、高靈敏度、高穩定性和低工作溫度的不同組分復合型氧化物氣敏材料提供了新的依據。
　　5.通過簡單水熱法制備出不同形貌的ZnO微納米材料載體，然后分別采用不同的調控策略制備出貴金屬納米粒子修飾的金屬氧化物復合材料，并研究其氣敏性:
　　(1)采用傳統的氨水水解沉淀法，合成并研究了Au/ZnO納米線的氣敏性。首次報道了Au納米粒子在ZnO納米線載體

6、上的清晰分布狀態，并首次利用貴金屬Au修飾ZnO納米線基傳感器對苯和甲苯等有毒氣體進行檢測，表現出比純相ZnO納米線增強的靈敏度和極高的響應-恢復速度。貴金屬納米粒子特殊的電子作用和化學作用，結合了具有特殊形貌的金屬氧化物載體，可以相互促進、提高傳感器的氣敏性。
　　(2)通過一步水熱法和后續焙燒處理制備出二維ZnO多孔微米片載體，然后利用賴氨酸輔助一步法將貴金屬粒子原位均勻地負載到載體表面，合成Au/ZnO多孔微米片復合物并證實