生物质碳模板法可控制备钴基复合材料及气敏性能研究

摘要

NH3是一种重要的化工原料，也是一种极易引起环境污染的有毒气体。为了准确监测不同环境中的NH3，NH3传感器制造中气敏材料的选择，特别是常温条件工作的气敏材料，成为了开发的关键。目前中国国内的生物质资源丰富，但是对它们的综合利用率较低，因此对其综合利用使其成为绿色能源或是有效材料成为了众多学科研究的热点。本研究中用生物质材料汉麻秆为原材料，经过碳化处理等过程后可以得到以介孔为主的生物质碳材料，并以此为硬模板，以金属氧化物半导体Co3O4为主体从构建复合材料方面入手合成了Ni-Co-O和In2O3-Co3O4复合材料。对合成的材料使用了XRD、BET、SEM、TEM和XPS进行了表征和分析，研究了它们的组成、结构、形貌、比表面积、金属原子价态、氧物种种类和浓度分布等。此外，用合成的纳米结构材料组装了NH3传感器，并对其在目标气体选择性、气敏响应与响应时间、响应与浓度之间的相关性、对目标气体的检测极限、测试结果的重复性和稳定性方面做了评价。 研究结果表明，生物质材料汉麻秆可以用来制备具有有序、多孔、蜂窝状孔道结构的生物质碳材料。用此生物质碳材料合成的Ni-Co-O和In2O3-Co3O4复合材料对NH3具有好的气敏选择性、高的响应性、短的响应时间、低的检测限、好的重复性和高的稳定性。 本文的研究结果拓展了生物质汉麻秆的应用范围，促进了生物质资源的综合利用;合成的多孔性Ni-Co-O和In2O3-Co3O4纳米复合材料可以作为室温下NH3传感器的关键气敏材料，为室温下NH3传感器的开发和使用提供了候选的气敏材料。

目录

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2气体传感器

1．2．1气敏传感器的响应机理

1．2．2 NH3气敏传感器

1．3生物质碳材料

1．3．1生物质碳材料的制备与形态

1．3．2多孔生物质碳材料的应用

1．4 Co3O4基纳米复合材料

1．4．1 Co3O4的制备与应用

1．4．2 Co3O4基纳米复合材料的制备与应用

1．5镍氧化物基纳米复合材料

1．6论文选题、内容和意义

1．6．1选题背景及科学意义

1．6．2研究内容

第2章实验仪器、材料、传感器组装和表征方法

2．1试剂

2．2仪器

2．3表征方法及原理

2．3．1 X射线粉末衍射

2．3．2扫描电子显微镜

2．3．3透射电子显微镜

2．3．4 X射线光电子能谱

2．3．5傅里叶变换红外光谱分析

2．3．6比表面积及孔径分析

2．3．7传感器组装与气敏性能测试

第3章生物质碳模板法制备Ni-Co-O纳米复合材料及气敏性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．2 Ni-Co-O纳米复合材料的制备

3．3结果和讨论

3．3．1多孔生物质碳的结构表征

3．3．2生物质碳模板法制备的Ni-Co-O复合材料的结构表征

3．3．3 Ni-Co-O纳米复合材料的气敏测试结果

3．3．4 Ni-Co-O纳米复合材料的气敏机理

3．4本章小结

第4章生物质碳模板法制备In2O3-Co3O4纳米复合材料及气敏性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1 In2O3-Co3O4复合材料的制备

4．3结果与讨论

4．3．1 In2O3-Co3O4纳米复合材料

4．3．2 In2O3-Co3O4纳米复合材料气敏性能

4．3．3 In2O3-Co3O4纳米复合材料的气敏机理

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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