高比表面积有序大介孔氧化铬的可控合成与贵金属修饰及其气敏传感应用
发布时间：2020-07-30 12:07
【摘要】：气体传感器广泛应用于环境监控、医疗诊断、公共安全等众多领域,因此发展先进气体传感技术至关重要,而设计与合成高敏感性、高选择性、高稳定性以及低检测下限的气敏材料是其中关键。本文设计合成了一系列具有高比表面积、超细骨架的有序大介孔氧化铬,并研究了介观结构参数(比表面积、孔径、骨架尺寸)和贵金属修饰对其气敏性能的影响。采用有序介孔氧化硅KIT-6为模板、硝酸铬为前驱体,通过硬模板法合成了一系列有序介孔氧化铬材料。(1)改变前驱体用量(填充率=10%、20%、40%、60%)发现填充率过高时(60%),前驱体不能完全进入到KIT-6的孔道中、容易在孔道外形成体相氧化铬副产物,导致比表面积显著下降,填充率为20%的比表面积最大(168 m2/g);(2)单次前驱体填充量为20%时,增加填充次数(2次、3次)发现前驱体也不能完全进入到KIT-6的孔道中,最后所得材料比表面积显著下降(119m2/g和61m2/g);(3)通过改变模板KIT-6的水热合成温度(40、80、100、130、140℃),其孔道尺寸(5.6、6.1、7.6、8.8、10.1 nm)及连通程度逐渐增加,相应的有序介孔氧化铬材料的骨架尺寸由5 nm增加到9 nm,比表面积由168 m2/g降低到45 m2/g,孔尺寸由11 nm降低到3 nm;(4)气敏性能测试发现有序介孔氧化铬对甲苯具有较高的响应,在工作温度为270℃时对1 ppm甲苯响应(Rgas/Rair)最高可达3.2,检测下限低于2 ppb,当骨架尺寸增加、比表面积减小时,其对甲苯的响应降低,当孔径减少时,响应恢复时间显著增加。采用有序介孔氧化硅KIT-6为模板、硝酸铬及贵金属盐为混合前驱体,通过硬模板法合成了一系列贵金属(Ag、Au、Pt、Pd)修饰有序介孔氧化铬材料。(1)修饰质量分数为5%的Ag时,材料依然保持高的比表面积(128 m2/g)、有序的大介孔(11 nm)结构,在工作温度为210℃时对丙酮表现出增强的响应和良好的选择性,其对1 ppm丙酮的响应(Rgas/Rair=15.6)是未修饰介孔氧化铬(Rgas/Rair=4.4)的3.5倍,其响应恢复时间(222s和365 s)均低于未修饰介孔氧化铬(238s和610s);(2)修饰质量分数为2.5%的Au时,在工作温度为190℃时对乙醇表现出增强的响应和良好的选择性,其对1 ppm乙醇的响应(Rgas/Rair=7.9)是未修饰介孔氧化铬(Rgas/Rair=2.4)的3.3倍;(3)修饰质量分数为2.5%的Pt时,在工作温度为210℃时对丙酮表现出增强的响应和良好的选择性,其对1 ppm丙酮的响应(Rgas/Rair=13.9)是未修饰介孔氧化铬(Rgas/Rair=4.4)的3.1倍,其响应恢复时间(236 s和393 s)均低于未修饰氧化铬(238 s和610 s);(4)Pd修饰介孔氧化铬则导致其气敏性能显著下降。
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TQ136.11
【图文】：
宁夏大学硕士学位论文逦第一章绪论逡逑第一章绪论逡逑１．１介孔材料的概述逡逑ＩＵＰＡＣ邋（国际纯粹与应用化学联合会）规定，依据孔径的大小，孔材料被分为孔径小于２邋ｒｎｎ逡逑的微孔材料、介于２￣５０邋ｎｍ的介孔材料和孔径大于５０邋ｎｍ的大孔材料。１９９２年Ｍｏｂｉｌ公司的研宄逡逑人员首次使用模板剂合成Ｍ４１Ｓ系列，介孔材料具有极高的比表面积、孔径大小连续可调、狭窄逡逑的孔径分布、丰富并且规则有序的孔道结构等诸多优势，使其在传感器敏感材料、工业催化、气逡逑体吸附、化学分离、电极材料、蛋白质分离、净化水质、固定化酶、以及药物的直接包埋和控释逡逑发挥出巨大的作用，正因为如此，介孔材料一诞生，成为了国际上材料、化学、生物、物理及信逡逑息等多科学前沿领域的焦点之一邋［１＇８］。逡逑
衍射图来反映。衍射图案的特征由空间衍射线的分布规律和衍射线束的强度构成。晶胞的尺逡逑寸、形状和方向决定了衍射线的分布规律，而晶胞中原子的类型、位置、数量决定了衍射线逡逑的强度。图２－１为Ｘ射线衍射示意图，根据布拉格（Ｂｒａｇｇ）公式：逡逑２ｄ（ｈｋｉ）Ｓｉｎ０邋＝ｎＸ逡逑式中ｄ（ｈｋＵ为晶面间距，ｆｌ为布拉格角（最大晶面衍射角），ｎ为衍射级数（ｎ＝ｌ，２，…），逡逑入为入射Ｘ射线波长，（ｈｋｌ）为晶面符号，ｈ、ｋ、１必须互质。逡逑Ａ逦Ｃ逡逑Ｉｎｃｉｄｅｎｔ逦Ｄｉｆｆｒｗｔｅｄ邋ｖｒａｙ？逡逑Ａ，逦＼又逦Ｃ，逡逑一逦Ｂ．逡逑ｄ逡逑Ａｔｏｍｉｃ－ｓｃａｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋ｐｌａｎｅｓ逡逑图２－１邋Ｘ射线衍射示意图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｘ－Ｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑２．２．２扫描电子显微镜（ＳＥＭ）逡逑扫描电子显微镜（ＳＥＭ）主要用于样品表面形貌和结构的观察，本论文中所用的扫描电逡逑子显微镜型号为日本ＪＥＯＬ的ＪＳＭ－７５００Ｆ，加速电压为０．１邋ＫＶ－３０邋ＫＶ，可以放大２５－１００万逡逑倍。其成像原理为：在加速电压作用下，将电子束聚焦为小于５邋ｎｍ的电子束，通过扫描线逡逑圈控制电子束对材料表面进行点扫
宁夏大学硕士学位论文逦第二章实验材料与研[偡椒ㄥ义咸寤胂喽员ズ推胶馄梗┳坏玫轿⒎挚拙斗植纪肌５逼胶馕街恃沽Υ锏奖ズ褪保谰蒎义掀涿芏燃扑愠鎏寤徊郊扑愠霾牧系淖芸滋寤迅酵瓿珊蟛任孪叩某僦拖窒笫茄义掀返目仔偷贾隆ｅ义希玻玻镀粜阅懿馐韵低冲义媳韭畚闹兴玫狡舨馐宰爸梦臼笛槭易孕凶榻ǎ孟低橙缤迹玻乘局饕ㄅ淦义鲜摇⒔苈贰⒘髁考啤⒎拧⒐苁铰⑵骷С偶堋⒌缁Чぷ髡尽⒓扑慊约拔财斟义献爸玫取Ｆ涔ぷ髟砜梢愿爬ㄎ航票负玫难吠糠笥诘缂疾壑校霸谄骷С偶苌希义现糜诠苁铰屑尤戎凉ぷ魑露龋庇山爸檬淙肟掌叮埃板澹螅澹澹怼４露纫约暗缱璞浠儒义隙ê螅醚顾蹩掌欢ㄅǘ鹊谋曜计逑∈秃笥糜诓煌ǘ饶勘昶宓牟馐裕刂谱艿钠义咸辶魉傥叮埃板澹螅澹澹恚馐缘缪狗段卞澹郑保板澹帧２馐韵低持惺褂妹拦樟炙苟伲校粒遥樱裕粒裕矗埃埃板义系缁Чぷ髡荆财硎褂昧蛩岣呙趟峒厝芤骸ｅ义希粒纾校溴澹澹欤澹悖簦颍铮洌邋义
本文编号：2775515
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TQ136.11
【图文】：
宁夏大学硕士学位论文逦第一章绪论逡逑第一章绪论逡逑１．１介孔材料的概述逡逑ＩＵＰＡＣ邋（国际纯粹与应用化学联合会）规定，依据孔径的大小，孔材料被分为孔径小于２邋ｒｎｎ逡逑的微孔材料、介于２￣５０邋ｎｍ的介孔材料和孔径大于５０邋ｎｍ的大孔材料。１９９２年Ｍｏｂｉｌ公司的研宄逡逑人员首次使用模板剂合成Ｍ４１Ｓ系列，介孔材料具有极高的比表面积、孔径大小连续可调、狭窄逡逑的孔径分布、丰富并且规则有序的孔道结构等诸多优势，使其在传感器敏感材料、工业催化、气逡逑体吸附、化学分离、电极材料、蛋白质分离、净化水质、固定化酶、以及药物的直接包埋和控释逡逑发挥出巨大的作用，正因为如此，介孔材料一诞生，成为了国际上材料、化学、生物、物理及信逡逑息等多科学前沿领域的焦点之一邋［１＇８］。逡逑
衍射图来反映。衍射图案的特征由空间衍射线的分布规律和衍射线束的强度构成。晶胞的尺逡逑寸、形状和方向决定了衍射线的分布规律，而晶胞中原子的类型、位置、数量决定了衍射线逡逑的强度。图２－１为Ｘ射线衍射示意图，根据布拉格（Ｂｒａｇｇ）公式：逡逑２ｄ（ｈｋｉ）Ｓｉｎ０邋＝ｎＸ逡逑式中ｄ（ｈｋＵ为晶面间距，ｆｌ为布拉格角（最大晶面衍射角），ｎ为衍射级数（ｎ＝ｌ，２，…），逡逑入为入射Ｘ射线波长，（ｈｋｌ）为晶面符号，ｈ、ｋ、１必须互质。逡逑Ａ逦Ｃ逡逑Ｉｎｃｉｄｅｎｔ逦Ｄｉｆｆｒｗｔｅｄ邋ｖｒａｙ？逡逑Ａ，逦＼又逦Ｃ，逡逑一逦Ｂ．逡逑ｄ逡逑Ａｔｏｍｉｃ－ｓｃａｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋ｐｌａｎｅｓ逡逑图２－１邋Ｘ射线衍射示意图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｘ－Ｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑２．２．２扫描电子显微镜（ＳＥＭ）逡逑扫描电子显微镜（ＳＥＭ）主要用于样品表面形貌和结构的观察，本论文中所用的扫描电逡逑子显微镜型号为日本ＪＥＯＬ的ＪＳＭ－７５００Ｆ，加速电压为０．１邋ＫＶ－３０邋ＫＶ，可以放大２５－１００万逡逑倍。其成像原理为：在加速电压作用下，将电子束聚焦为小于５邋ｎｍ的电子束，通过扫描线逡逑圈控制电子束对材料表面进行点扫
宁夏大学硕士学位论文逦第二章实验材料与研[偡椒ㄥ义咸寤胂喽员ズ推胶馄梗┳坏玫轿⒎挚拙斗植纪肌５逼胶馕街恃沽Υ锏奖ズ褪保谰蒎义掀涿芏燃扑愠鎏寤徊郊扑愠霾牧系淖芸滋寤迅酵瓿珊蟛任孪叩某僦拖窒笫茄义掀返目仔偷贾隆ｅ义希玻玻镀粜阅懿馐韵低冲义媳韭畚闹兴玫狡舨馐宰爸梦臼笛槭易孕凶榻ǎ孟低橙缤迹玻乘局饕ㄅ淦义鲜摇⒔苈贰⒘髁考啤⒎拧⒐苁铰⑵骷С偶堋⒌缁Чぷ髡尽⒓扑慊约拔财斟义献爸玫取Ｆ涔ぷ髟砜梢愿爬ㄎ航票负玫难吠糠笥诘缂疾壑校霸谄骷С偶苌希义现糜诠苁铰屑尤戎凉ぷ魑露龋庇山爸檬淙肟掌叮埃板澹螅澹澹怼４露纫约暗缱璞浠儒义隙ê螅醚顾蹩掌欢ㄅǘ鹊谋曜计逑∈秃笥糜诓煌ǘ饶勘昶宓牟馐裕刂谱艿钠义咸辶魉傥叮埃板澹螅澹澹恚馐缘缪狗段卞澹郑保板澹帧２馐韵低持惺褂妹拦樟炙苟伲校粒遥樱裕粒裕矗埃埃板义系缁Чぷ髡荆财硎褂昧蛩岣呙趟峒厝芤骸ｅ义希粒纾校溴澹澹欤澹悖簦颍铮洌邋义
本文编号：2775515
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