分级结构SnO 2 @ZnO纳米材料的制备及其性能研究
发布时间：2021-06-29 01:42
随着社会经济的发展,气敏传感器在有毒有害气体检测领域显得愈加重要,但目前广泛研究的半导体金属氧化物气敏传感器存在诸多问题,如对气体的选择性较差,对低浓度（parts per billion,ppb量级）气体的响应度较低等。因此,开发具有高选择性和在低浓度下较好响应的气敏传感器显得尤为重要。本论文从气敏传感材料研发的角度出发,采用水热法、微波水热法合成了对二氧化氮（NO2）气体具有高度选择性的分级结构二氧化锡包覆氧化锌（SnO2@ZnO）纳米材料,同时对ppb量级的NO2具有很好的响应度。本论文的主要研究内容和结果如下:采用两步水热法、微波水热法分别制备了分级结构SnO2@ZnO纳米材料,第一步制备ZnO纳米花,第二步以ZnO纳米花为初级结构二次生长SnO2纳米线,形成分级结构SnO2@ZnO纳米材料。对材料的形态、结构、组分、化学键等进行了表征,构建了两种合成方法下材料的生长模型。相比之下,基于微波水热法合成材料过程中,添加的ZnO纳米花不易发生分解,使得ZnO的花状结构得以保留,SnO2...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
n型半导体吸附氧气（氧离子吸附）时能带弯曲示意图[42]
1.2.2 提高半导体金属氧化物气敏性能的方法 半导体金属氧化物材料的气敏性能除了与材料自身物理化学性质有关，还与表面、界面和结构有关，如图 1.2 所示[46]。因此，对于确定的材料，提高半导体金属氧化物的气敏性能可以从材料的表面、界面和结构入手。表面依赖型气敏增强机制主要由催化反应决定，受溢出效应、固相转变、协同效应等影响。界面依赖型气敏增强机制主要是改变气敏材料的电阻，由于载流子注入引起的表面敏化作用、界面势垒、导电通道的缩小等影响。结构依赖型气敏增强机制主要是改变材料的微观结构，如减小晶粒尺寸，增大比表面积等。
]，当Pd在SnO2纳米材料表面修饰时，由于Pd纳米颗粒中的载流子浓度高，可以使得氧气以离子态吸附在Pd的表面，同时也促进活化的氧分子在SnO2衬底上进行吸附。其次，Pd的功函数要高于SnO2，所以，电子会从SnO2一侧转移到Pd上，此时SnO2表面的载流子浓度会进一步降低，SnO2材料的耗尽层展宽使得SnO2体内的载流子通道变窄，因此，两种作用共同使得SnO2材料的气敏性能增强。元素掺杂的原理与贵金属修饰的原理接近，掺杂一方面可以改变材料载流子的浓度，另一方面，可以增加材料表面的活性位点，从而改变材料的气敏性能[52-56]。图1.3Pd修饰SnO2纳米材料示意图。（a）当暴露在空气中时，SnO2纳米线/纳米带表面发生的变化和（b）对应的能带变化的示意图[51]对于界面依赖型，包括金属氧化物修饰、分级结构纳米材料（如刷子状、球形核壳结构，一维（1D）核壳结构、多晶纳米线）等，界面依赖型气敏增强方法的核心是将单一的材料制备成复合材料。对于复合材料，除了常见的如SnO2-ZnO[25,40,57-61]、Fe2O3-ZnO[34,37,62,63]、ZnO-CuO[53,64-66]等，无论是二元氧化物，还是三元或者多元的其他组分的复合，都是通过界面的变化来增强材料的气敏性能，即制备成异质结结构，如p-n异型异质结、n-n同型异质结和p-p同型异质结。当次相材料生长在主相材料上时，如果次相材料的覆盖度高于一定值后，体系主要体现出次相材料的响应特性，反之则体系处主相结构的响应特性，复合材料各组分之间可以相互耦合，形成协同效应，共同改善气敏材料的气敏性能。对于纳米复合结构材料，异质结界面是调节气敏性能最重要的因素，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
本文编号：3255460
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
n型半导体吸附氧气（氧离子吸附）时能带弯曲示意图[42]
1.2.2 提高半导体金属氧化物气敏性能的方法 半导体金属氧化物材料的气敏性能除了与材料自身物理化学性质有关，还与表面、界面和结构有关，如图 1.2 所示[46]。因此，对于确定的材料，提高半导体金属氧化物的气敏性能可以从材料的表面、界面和结构入手。表面依赖型气敏增强机制主要由催化反应决定，受溢出效应、固相转变、协同效应等影响。界面依赖型气敏增强机制主要是改变气敏材料的电阻，由于载流子注入引起的表面敏化作用、界面势垒、导电通道的缩小等影响。结构依赖型气敏增强机制主要是改变材料的微观结构，如减小晶粒尺寸，增大比表面积等。
]，当Pd在SnO2纳米材料表面修饰时，由于Pd纳米颗粒中的载流子浓度高，可以使得氧气以离子态吸附在Pd的表面，同时也促进活化的氧分子在SnO2衬底上进行吸附。其次，Pd的功函数要高于SnO2，所以，电子会从SnO2一侧转移到Pd上，此时SnO2表面的载流子浓度会进一步降低，SnO2材料的耗尽层展宽使得SnO2体内的载流子通道变窄，因此，两种作用共同使得SnO2材料的气敏性能增强。元素掺杂的原理与贵金属修饰的原理接近，掺杂一方面可以改变材料载流子的浓度，另一方面，可以增加材料表面的活性位点，从而改变材料的气敏性能[52-56]。图1.3Pd修饰SnO2纳米材料示意图。（a）当暴露在空气中时，SnO2纳米线/纳米带表面发生的变化和（b）对应的能带变化的示意图[51]对于界面依赖型，包括金属氧化物修饰、分级结构纳米材料（如刷子状、球形核壳结构，一维（1D）核壳结构、多晶纳米线）等，界面依赖型气敏增强方法的核心是将单一的材料制备成复合材料。对于复合材料，除了常见的如SnO2-ZnO[25,40,57-61]、Fe2O3-ZnO[34,37,62,63]、ZnO-CuO[53,64-66]等，无论是二元氧化物，还是三元或者多元的其他组分的复合，都是通过界面的变化来增强材料的气敏性能，即制备成异质结结构，如p-n异型异质结、n-n同型异质结和p-p同型异质结。当次相材料生长在主相材料上时，如果次相材料的覆盖度高于一定值后，体系主要体现出次相材料的响应特性，反之则体系处主相结构的响应特性，复合材料各组分之间可以相互耦合，形成协同效应，共同改善气敏材料的气敏性能。对于纳米复合结构材料，异质结界面是调节气敏性能最重要的因素，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
本文编号：3255460
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3255460.html
