有序介孔金属氧化物的孔隙结构调控与气敏传感应用

摘要

有序介孔金属氧化物由于具有大的比表面积、丰富的结构孔道特点，在气敏传感器、催化、能源转换与存储等方面有重要的意义。
　　纳米浇筑是采用有序介孔固体为硬模板、有效制备介孔金属氧化物的一种重要方法，金属氧化物在介孔模板的限域孔道中连续生长形成纳米线阵列结构，除去介孔模板后得到有序的介孔金属氧化物，其孔道来源于介孔硬模板均一的孔壁被移除后所产生的空隙，因此孔道结构类型和尺寸分布比较单一，对其实际应用有一定影响。本论文提出通过控制金属氧化物在介孔硬模板孔道里的限域生长，实现对硬模板移除后得到的介孔金属氧化物孔隙结构的有效调控，进而改善其应用性能:
　　1)以硝酸铟为前驱体、有序介孔氧化硅KIT-6为硬模板制备了不同孔隙结构的有序介孔氧化铟:a）KIT-6包含两套独立的螺旋介孔孔道，两套孔道通过孔壁上的尺寸较小的次级孔相连通。氧化铟在KIT-6介孔孔道里的生长依赖于前驱体硝酸铟在孔道里的传输迁移，受到孔壁的限制作用，通常是沿着孔道的方向生长，形成螺旋纳米线;而硝酸铟在孔道里的传输迁移则与KIT-6的孔道连通性（介孔尺寸与次级孔尺寸）有关。我们通过提高（降低）水热合成温度，有效增大（减小）了KIT-6的介孔尺寸和次级孔尺寸。采用不同介孔尺寸和次级孔尺寸的KIT-6为硬模板制备了介孔氧化铟，研究结果表明在特定的条件下会得到具有一个包含小介孔、中介孔和大介孔的多重介孔分布结构的介孔氧化铟;b）除了KIT-6的孔尺寸，还发现硝酸铟填充KIT-6孔体积的比例、填充的次数、热分解硝酸铟时的升温速度都对介孔氧化铟的孔隙结构有影响。
　　2)通过类似的策略，以硝酸锰、硝酸铁为前驱体、有序介孔氧化硅KIT-6为硬模板也制备了不同孔隙结构的有序介孔氧化锰、氧化铁。
　　3)研究了不同孔隙结构的介孔氧化铟对不同气体的气敏性能，发现三介孔氧化铟对甲醛气体在较低工作温度下有较高的敏感度，显著优于其它介孔氧化铟材料。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 介孔材料概述

1．2 介孔材料的分类

1．2．1 硅基介孔材料

1．2．2 非硅基介孔材料

1．2．3 有序介孔材料

1．3 介孔材料的合成方法

1．3．1 溶胶-凝胶法(Sol-gel)

1．3．2 水热合成法(Hydrothermal synthesis)

1．3．3 微波合成法

1．3．4 模板法

1．4 介孔材料的应用

1．4．1 催化领域的应用

1．4．2 能源领域的应

1．4．3 生物医学领域的应用

1．4．4 环保领域的应用

1．4．5 电化学领域的应用

1．4．6 传感器领域的应用

1．5 气体传感器概述

1．5．1 气体传感器的工作原理和分类

1．5．2 金属氧化物半导体气敏传感器的研究现状及发展趋势

1．6 论文的研究意义、创新点及研究内容

1．6．1 选题背景及研究意义

1．6．2 创新点

1．6．3 论文主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验材料与化学试剂

2．2 实验仪器和设备

2．3 样品的分析表征

2．3．1 X射线衍射分析(X-Ray Powder Diffraction，XRD)

2．3．2 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)

2．3．3 N2吸附脱附实验(N2 Ad-desorption measurements，BET)

2．3．4 紫外可见光谱(Ultraviolet Visible Spectroscopy)

2．3．5 气敏性能测试

第三章 介孔材料In2O3、MnO2、Fe2O3的合成及表征

3．1 引言

3．2 KIT-6的制备及表征

3．2．1 介孔KIT-6的制备

3．2．2 模板KIT-6的表征及分析

3．3 介孔In2O3材料的制备及表征

3．3．1 介孔In2O3的制备

3．3．2 介孔In2O3的表征及分析

3．3．3 填充次数对介孔In2O3孔道结构的影响

3．3．4 热分解硝酸铟的升温速度对介孔In2O3-KIT-6-40孔道结构的影响

3．3．5 不同填充比例对In2O3-KIT-6-40的孔道结构的影响

3．4 介孔MnO2材料的制备及表征

3．4．1 介孔MnO2的制备

3．4．2 介孔MnO2的表征及分析

3．5 介孔Fe2O3的制备及表征

3．5．1 介孔Fe2O3的制备

3．5．2 介孔Fe2O3的表征及分析

3．6 本章小结

第四章 介孔In2O3的气敏性能测试

4．1 引言

4．2 测试原理

4．3 测试方法

4．3．1 动态气敏测试

4．3．2 静态气敏测试

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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