嵌段共聚物模板法制备WO3纳米材料及其氢敏性能研究

摘要

作为解决当今社会所面临能源问题的首选方案,氢能源具有极大的应用潜力,但是由于氢能源本身存在化学性质不稳定、易爆炸等缺点,限制了其大规模应用。而氢敏传感器对氢气泄漏的检测则可以极大避免爆炸等悲剧的发生,作为氢敏传感器的核心部件,氢敏材料则显得尤为重要。以WO3代表的金属氧化物半导体在氢气敏感探测方面以高灵敏度以及循环稳定性良好等优点,受到广泛关注。但是目前传统方法所制备的WO3氢敏材料依然存在诸多不足之处:结构方面,传统方法合成的WO3在结构上很难具有高度有序的纳米结构,并且不能对其纳米结构和尺寸进行精确调控影响了其性能的有效发挥;性能方面,传统方法所合成的纯相WO3氢敏材料需要高温环境下工作,增大了安全隐患。基于此,本论文利用嵌段共聚物模板法,制备得结构上高度有序化排列且具有不同纳米结构的WO3纳米材料,并且在氢气敏感性能方面具有室温工作、高灵敏度、高信噪比等优点,同时探究不同因素对其结构域性能的影响与机理,具体工作如下:
　　第一,利用PS-b-P4VP嵌段共聚物模板制备具有高度有序化纳米点阵状与纳米棒状结构的WO3纳米材料,并且系统研究了模板的纳米结构、溶剂浸泡时间、紫外固化时间、以及煅烧升温速率等因素对合成WO3纳米结构的影响。发现嵌段共聚物微相分离是模板形成多种高度有序化纳米结构的主要机制,而产生的相分离结构中的P4VP相会定向吸附H2WO4为复制模板结构进而生成WO3的主要机制。结果表明,制备所得的WO3纳米材料具有高度有序化排列的纳米结构,并且能够通过调控模板结构,获得相应不同的高度有序化纳米结构。
　　第二,将制得WO3纳米材料用于氢气敏感性能测试,系统研究衬底、烧结温度、纳米结构等因素对氢敏性能的影响。选用6％与0.1%浓度氢气评估WO3氢敏性能中响应时间、工作温度、灵敏度等性能指标。结果表明,与传统的WO3气敏材料相比,嵌段共聚物模板制备得的WO3氢敏材料,具有室温响应、高灵敏度、循环稳定性好、高信噪比等优点。
　　第三,探究了所制得的WO3具有优异氢敏性能的机理,并且探讨了不同因素对氢敏性能的影响机理。提出了表面形成碳膜与WO3纳米颗粒生成异质结增强氢敏性能的机理,并通过实验进行论证。

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目录

第1章 绪 论

1.1 金属氧化物半导体氢敏研究概述

1.2 WO3氢敏材料概述

1.3嵌段共聚物模板法概述

1.4 本论文工作的主要内容和意义

第2章 实验部分

2.1 实验药品和仪器

2.2 表征方法

2.3 WO3纳米材料制备方法

2.4 氢敏性能测试方法

第3章 嵌段共聚物模板制备WO3纳米材料结构表征

3.1 引言

3.2嵌段共聚物模板结构的调控

3.3 PS-b-P4VP嵌段共聚物为模板制备WO3纳米材料

3.4 本章小节

第4章 WO3纳米材料氢敏性能

4.1 引言

4.2 WO3纳米材料氢敏性能

4.3 WO3纳米材料氢敏性能影响因素

4.4 本章小结

第5章 WO3纳米材料氢敏性能机理

5.1 引言

5.2 WO3纳米颗粒氢敏性能机理

5.3不同因素影响WO3纳米材料氢敏性能机理

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢