基于n型氧化物半导体TiO 2 和CeO 2 的氢气传感器研究
发布时间：2024-05-21 19:24
根据国家发改委和能源局颁布的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》知,氢能与燃料电池技术是重点创新任务之一。然而氢气无色无嗅且易燃易爆,氢能的安全存储和运输是目前亟须解决的问题,随着氢能源的深入研究及应用的日益广泛,开发对氢气极其敏感的气体传感器显的尤为重要。目前研究最广泛的一类传感器是基于n型金属氧化物半导体(MOS,如TiO2、SnO2、ZnO和CeO2等)的气体传感器。TiO2因具有成本低、制作简单、灵敏度高、物理和化学稳定性好等优点而成为最佳的氢敏材料之一。同时,CeO2因其丰富的表面晶格氧空位、Ce3+与Ce4+之间较低的氧化还原电位等优点,成为研究者广泛关注的氢敏材料。但是较高的工作温度和较慢的恢复时间限制了 n型MOS传感器的进一步广泛应用。因此,本论文以降低氢气传感器的响应温度和缩短恢复时间为目标,从贵金属修饰、微观结构设计和半导体异质结构建方面进行研究。具体内容如下:(1)考虑到Pd具有强吸氢能力,我们采用水解-水热法制备了不同质量比的Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒,并将其应用于氢气传感器。研究发现,Pd修饰Ti02纳米颗粒传感器在较宽温度范围内(260...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 气体传感器的概述
1.1.1 氢气传感器的研究背景
1.1.2 半导体氢气体传感器的研究进展
1.2 金属氧化物半导体氢气传感器
1.2.1 金属氧化物半导体氢气传感器的材料和结构
1.2.2 金属氧化物半导体氢气传感器的工作原理
1.2.3 金属氧化物半导体氢气传感器的性能参数
1.3 TiO2和CeO2纳米材料
1.3.1 TiO2的晶体结构
1.3.2 TiO2纳米材料的应用
1.3.3 CeO2的晶体结构
1.3.4 CeO2纳米材料的应用
1.4 氢敏材料的制备方法
1.4.1 溶胶-凝胶法
1.4.2 磁控溅射
1.4.3 化学气相沉积
1.4.4 静电纺丝技术
1.4.5 水热法
1.5 TiO2与CeO2纳米材料在气敏应用中的问题及对策
1.6 本课题的研究目的与意义
2 实验部分
2.1 实验试剂及仪器
2.1.1 化学试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 表征方法
2.2.1 X射线衍射(XRD)
2.2.2 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.4 透射电子显微镜(TEM)
2.2.5 比表面积与孔分布(BET)
2.2.6 氢敏性能测试
3 Pd修饰TiO2纳米颗粒氢气传感器的性能研究
3.1 引言
3.2 实验过程
3.2.1 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒的制备
3.2.2 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒气体传感器件的制备
3.2.3 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 相结构与形貌研究
3.3.2 比表面积与孔分布分析
3.3.3 氢敏性能分析
3.3.3.1 工作温度对Pd-TiO2传感器氢敏性能的影响
3.3.3.2 气体浓度对Pd-TiO2传感器氢敏性能的影响
3.3.3.3 Pd-TiO2传感器氢敏的周期性、稳定性和选择性研究
3.3.4 氢敏机理分析
3.4 本章小结
4 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的制备及氢敏性能研究
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的制备
4.2.2 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片气体传感器件的制备
4.2.3 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 组成与微观结构研究
4.3.2 比表面积与孔分布分析
4.3.3 氢敏性能分析
4.3.3.1 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片氢气传感器的工作温度
4.3.3.2 气体浓度对Ag纳米颗粒@TiO2纳米片传感器氢敏性能的影响
4.3.3.3 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片传感器的周期性、稳定性及选择性
4.3.4 氢敏机理分析
4.4 本章小结
5 低温响应的Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒氢气传感器研究
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 TiO2@CeO2纳米棒复合材料的制备
5.2.2 Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒复合材料的制备
5.2.3 Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒复合材料的表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 相结构和形貌研究
5.3.2 氢敏性能分析
5.3.2.1 Pd修饰TiO2@CeO2氢气传感器的工作温度研究
5.3.2.2 Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏响应特性的研究
5.3.2.3 气体浓度对Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏性能的影响
5.3.2.4 Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏的周期性和稳定性研究
5.3.3 氢敏机理分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
个人简历及在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3979816
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 气体传感器的概述
1.1.1 氢气传感器的研究背景
1.1.2 半导体氢气体传感器的研究进展
1.2 金属氧化物半导体氢气传感器
1.2.1 金属氧化物半导体氢气传感器的材料和结构
1.2.2 金属氧化物半导体氢气传感器的工作原理
1.2.3 金属氧化物半导体氢气传感器的性能参数
1.3 TiO2和CeO2纳米材料
1.3.1 TiO2的晶体结构
1.3.2 TiO2纳米材料的应用
1.3.3 CeO2的晶体结构
1.3.4 CeO2纳米材料的应用
1.4 氢敏材料的制备方法
1.4.1 溶胶-凝胶法
1.4.2 磁控溅射
1.4.3 化学气相沉积
1.4.4 静电纺丝技术
1.4.5 水热法
1.5 TiO2与CeO2纳米材料在气敏应用中的问题及对策
1.6 本课题的研究目的与意义
2 实验部分
2.1 实验试剂及仪器
2.1.1 化学试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 表征方法
2.2.1 X射线衍射(XRD)
2.2.2 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.4 透射电子显微镜(TEM)
2.2.5 比表面积与孔分布(BET)
2.2.6 氢敏性能测试
3 Pd修饰TiO2纳米颗粒氢气传感器的性能研究
3.1 引言
3.2 实验过程
3.2.1 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒的制备
3.2.2 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒气体传感器件的制备
3.2.3 Pd修饰锐钛矿TiO2纳米颗粒的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 相结构与形貌研究
3.3.2 比表面积与孔分布分析
3.3.3 氢敏性能分析
3.3.3.1 工作温度对Pd-TiO2传感器氢敏性能的影响
3.3.3.2 气体浓度对Pd-TiO2传感器氢敏性能的影响
3.3.3.3 Pd-TiO2传感器氢敏的周期性、稳定性和选择性研究
3.3.4 氢敏机理分析
3.4 本章小结
4 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的制备及氢敏性能研究
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的制备
4.2.2 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片气体传感器件的制备
4.2.3 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 组成与微观结构研究
4.3.2 比表面积与孔分布分析
4.3.3 氢敏性能分析
4.3.3.1 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片氢气传感器的工作温度
4.3.3.2 气体浓度对Ag纳米颗粒@TiO2纳米片传感器氢敏性能的影响
4.3.3.3 Ag纳米颗粒@TiO2纳米片传感器的周期性、稳定性及选择性
4.3.4 氢敏机理分析
4.4 本章小结
5 低温响应的Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒氢气传感器研究
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 TiO2@CeO2纳米棒复合材料的制备
5.2.2 Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒复合材料的制备
5.2.3 Pd修饰TiO2@CeO2纳米棒复合材料的表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 相结构和形貌研究
5.3.2 氢敏性能分析
5.3.2.1 Pd修饰TiO2@CeO2氢气传感器的工作温度研究
5.3.2.2 Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏响应特性的研究
5.3.2.3 气体浓度对Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏性能的影响
5.3.2.4 Pd修饰TiO2@CeO2传感器氢敏的周期性和稳定性研究
5.3.3 氢敏机理分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
个人简历及在学期间的研究成果
致谢
本文编号：3979816
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教材专著
