纳米氧化锌形貌调控、聚噻吩改性及气敏性能研究

发布时间：2020-07-05 17:23

【摘要】：挥发性有机化合物是有毒有害的物质,对环境和人类健康容易造成一定的危害。因此,有效的检测此类物质具有重要的实际意义。近年来,半导体金属氧化物气敏材料的研究一直是热点,其中,纳米氧化锌因其原料易得、价格低廉,对环境污染小等优点受到研究人员的广泛关注。为了降低工作温度、提高检测的灵敏度可以通过调控氧化锌形貌及改性的方法来改善其气敏性能。导电高分子聚合材料因其优良的导电性能,在电化学和催化等领域应用广泛。聚噻吩及其衍生物就是其中一类重要的导电聚合物。利用聚噻吩改性氧化锌,用于有害气体检测的研究较少。因此,期望通过聚噻吩改性纳米氧化锌,提高其气敏性能,实现在有害挥发性有机化合物检测中的应用。基于此,本论文通过控制实验参数制备出形貌不同的纳米氧化锌,并对其进行改性;通过探索形貌和掺杂量的影响,研究了氧化锌的气敏性能。主要研究内容与结论如下:(1)采用水热法,以硝酸锌和四乙基氢氧化铵为原料,在无表面活性剂的条件下,合成了棒状纳米氧化锌,对其结构、形貌及气敏性能进行了研究。结果表明,在工作温度为300℃,棒状纳米氧化锌对100ppm的丙二醇和乙醇胺气体的响应值的分别为49.5和69.9,说明可有效检测低浓度的丙二醇和乙醇胺。(2)通过水热法以醋酸锌为锌源,氢氧化钠调节pH,调控反应参数制得氧化锌颗粒,并对其气敏特性进行了研究。结果表明,氧化锌的最佳工作温度为140℃,对丙二醇表现出较高的响应,对100 ppm丙二醇的响应值为16.7。响应时间为1s,具有良好的可逆性,但选择性较低。(3)采用水热法,通过调控实验参数合成了不同聚噻吩含量的氧化锌颗粒/聚噻吩复合材料,研究了其形貌结构和气敏性能。结果表明,聚噻吩的引入显著地提高了氧化锌的气敏性能;当聚噻吩复合量为10wt.%时,复合材料对丙二醇表现出较好的选择性和响应,相比纯氧化锌,其气敏性能提高了近两倍。(4)以硝酸锌和氢氧化钠为原料,通过水热合成法制备出了片状氧化锌,对其气敏性能进行研究。结果表明,片状氧化锌的最佳工作温度为200℃,对乙醇胺的响应值较高,在100ppm的响应值为27.9,响应时间为1s。(5)通过水热法制备了不同聚噻吩改性片状氧化锌的复合材料,并进行了气敏性能研究,结果表明,改性的氧化锌,其气敏性能明显优于纯片状氧化锌,当复合量为8wt.%时,对乙醇胺气体具有最高的响应值,相比于纯片状氧化锌,在相同工作温度下的响应值提高了6倍,且具有优良的选择性、响应速度和可逆性。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ132.41;TB383.1

【参考文献】