金属元素掺杂介孔氧化铟的制备及其气敏性能的研究

发布时间：2017-11-24 14:20

  本文关键词：金属元素掺杂介孔氧化铟的制备及其气敏性能的研究

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【摘要】：近年来,随着现代科技的飞速发展,工业化进程随之加快。人们的物质生活水平在逐步提高的同时,环境也在日益恶化,因此迫切需要人们对有毒有害、易燃易爆气体进行实时监测和控制。金属氧化物半导体气敏传感器是一种典型的半导体气敏传感器,因其具有灵敏度高、响应恢复速率快、成本较低、易检测和便于携带等优点成为气体传感器研究的热点。传统纯金属氧化物半导体气体传感器的灵敏度不够高,且选择性较差,已经无法满足实际应用中对气敏材料所有气敏性能的要求。因此,人们需要通过各种方法来进一步提高气敏传感器的气敏性能,如金属掺杂、材料多孔化等。本文以高度有序介孔二氧化硅(FDU-12)为硬模板合成介孔氧化铟,通过金属元素(Co,Ni,Fe和Ce)的掺杂来进一步增强In_2O_3材料的气敏特性,探究组成成分、掺杂量以及孔结构对In_2O_3半导体传感器气敏性能的影响,主要内容如下:(1)通过二次浸渍法合成介孔In_2O_3和不同Co含量(1%mol、3%mol、5%mol和7%mol)掺杂的In_2O_3纳米球,并研究Co元素掺杂和掺杂量对晶体结构、形貌和气敏性能的影响。结果表明Co元素掺杂抑制In_2O_3纳米球晶粒的生长,并进入氧化铟的晶格中。Co元素掺杂显著增强了介孔In_2O_3纳米球气敏元件对乙醇气体的敏感特性。在Co元素掺杂的四种气敏元件中,3%mol Co掺杂In_(2-x) Co_xO_3纳米球传感器表现出最高的灵敏度,在350°C的工作温度下对100ppm乙醇的灵敏度为114,响应/恢复时间为17s/45s,同时表现出较好的选择性和稳定性。(2)通过二次浸渍法合成不同Ni含量(1%mol、3%mol、5%mol和7%mol)掺杂的In_2O_3纳米球,并对其气敏性能进行研究。结果表明,Ni元素的掺杂也显著增强了介孔In_2O_3纳米球气敏元件对乙醇气体的敏感特性。Ni元素的最佳掺杂含量为1%mol,在最佳工作温度350°C时,对100ppm乙醇气体的灵敏度为126,响应/恢复时间为15s/49s,同时表现出良好的选择性和稳定性。(3)通过一次浸渍法合不同Fe含量(1%mol、3l%mol、5%mol和7%mol)掺杂的In_2O_3纳米球。结果表明,一次浸渍法合成的Fe-In_2O_3纳米球比表面积大幅度增加,气敏性能也显著增强。5%mol Fe掺杂浓度的In_2O_3纳米球气敏元件灵敏度最高。在350°C的工作温度下对100ppm乙醇气体的灵敏度为133,响应/恢复时间为15s/55s,同时对乙醇表现出良好的选择性,但稳定性相对较低。(4)通过二次浸渍法合成不同Ce含量(1%mol、3l%mol、5%mol和7%mol)掺杂的In_2O_3纳米球,并对其气敏性能进行了研究。结果显示,与纯In_2O_3气敏传感器相比,Ce的掺入不但显著提高了对乙醇的敏感特性,加快了气敏响应速率,还降低工作温度。In_(2-x) Ce_xO_3气敏元件最佳工作温度为330°C,最佳掺杂量为3%mol,在最佳工作温度下对100ppm乙醇气体的灵敏度为146,响应/恢复时间为14s/40s,同时对乙醇表现出优异的选择性和稳定性。介孔In_(2-x)Ce_xO_3纳米球气敏元件在乙醇检测方面具有潜在的应用前景。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381

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本文编号：1222552