模板法制备具有p-n异质结Co3O4复合物及其气敏性能研究

摘要

随着科技发展日新月异，人们更加关注环境污染问题和人身安全问题。作为一种危害巨大的污染物和致癌有机挥发性化合物，甲醛可从建筑物和室内装饰材料中释放。因此，发展在低浓度甲醛下具有快速相应的气敏材料显得特别地迫切。不同于n-型半导体，p-型半导体Co3O4的灵敏度较低，但由于其特殊的表面反应可以选择性地氧化不同气体从而具有优异的选择性。通过结构优化和构建p-n异质结可以极大的提高Co3O4基气体传感器的灵敏度，还可以保留它出众的选择性，长期稳定性等优点。本论文旨在利用模板法制备出具有大比表面高孔隙率的Co3O4/ZnO复合物，发挥两种组分在气敏检测方面的特点，同时扩大Co3O4在气体敏感方面的应用。具体内容如下:
　　1、利用二氧化硅球作为硬模板，随后利用氢氧化钠刻蚀首先制备了Co3O4空心球，得到的Co3O4具有较大的比表面积和出色的气体敏感特性。在此基础上，利用沉淀法将ZnO引入体系中，考察了ZnO加入量对复合物气敏性能的影响。实验结果表面，当复合物中Co∶Zn摩尔比为2时，复合物在160℃对10ppm甲醛的气敏响应是纯Co3O4的4倍，是纯ZnO的5倍左右，并且具有特别迅速的响应和恢复。ZnO提高Co3O4的气敏机理被归结于p-n异质结的形成和材料本身空心结构。
　　2、利用含有不同比例Co和Zn的双金属有机金属骨架作为牺牲性模板，经过煅烧合成了Co3O4/ZnO复合物。详细讨论了煅烧温度对材料形貌和结构的影响。此方法制备的复合物仍保持着有机金属骨架的形貌，且具有高的孔隙率。经过气敏性能测试，得出当Co∶Zn的摩尔比为4时，Co3O4/ZnO复合物在120℃下对10ppm甲醛的灵敏度达到最大，通过计算具有较低的检测极限0.6ppm。其提高的气敏性能归结于优异的结构和p-n异质结的形成。该方法可以拓展到直接合成高孔隙率大表面其他复合物来检测环境有毒有害气体。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 四氯化三钴基材料在气敏传感器方面的应用

1．2．2 四氧化三钴基甲醛传感器的应用

1．2．3 四氧化三钴基氨气传感器的应用

1．2．4 四氧化三钴基丙酮传感器的应用

1．2．5 四氧化三钴基二甲苯传感器的应用

1．2．6 四氧化三钴基其他气体传感器的应用

1．3 四氧化三钴气敏性能的改性

1．3．1 控制合成Co3O4结构和形貌的方法

1．3．2 元素的掺杂与贵金属的负载

1．3．3 与其他材料构建复合物

1．4 本论文研究内容与意义

1．4．2 本课置研究内容

第二章 以SiO2为硬模板Co3O4／ZnO空心球的制备及其气敏性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验主要试剂与仪器

2．2．2 制备Co3O4／ZnO空心复合物

2．2．3 气敏元件制备及测试

2．3 Co3O4／ZnO空心复合物的形貌和结构

2．4 Co3O4／ZnO空心复合物的气敏性能

2．4．1 复合物的组成和操作温度对气敏性能的影响

2．4．2 气体浓度对气敏性能的影响

2．4．3 空心Co3O4／ZnO的选择性与稳定性

2．4．4 空心Co3O4／ZnO复合物对甲醛的气敏机理

2．5 本章小结

第三章 以有机金属骨架为牺牲性模板制备多孔的Co3O4／ZnO复合物及其对甲醛的气敏性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验主要试剂与仪器

3．2．2 Co3O4／ZnO复合物制备

3．3 Co3O4／ZnO复合物的形貌和结构

3．3．1 Co／Zn金属有机骨架的形貌

3．3．2 Co3O4／ZnO复合物形貌和结构

3．4 Co3O4／ZnO气敏性能

3．4．1 操作温度和物质组成对气敏性能的影响

3．4．2 气体浓度对复合物气敏性能的影响

3．4．3 Co3O4／ZnO的稳定性和选择性

3．4．4 气敏机理

3．5 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

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