车用混合电势型NOx传感器WO3基敏感电极的制备及性能研究

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当前汽车尾气中的NOx气体带来的环境污染问题日益严重。世界各国政府都制定了严格的尾气排放标准。SCR技术以及贫燃引擎系统的应用可以减少尾气中NOx气体的排放,但是这需要有灵敏度高、选择性好、稳定可靠的NOx气敏传感器对尾气中NOx气体的含量进行检测。科学家们因此展开了对NOx气敏传感器的研究。混合电势型NOx传感器由于优良的性能成为大家关注的焦点。本文以应用于混合电势型NOx传感器当中的WO3敏感电极材料为研究对象,通过TiO2掺杂和CuO掺杂对WO3电极进行改性,研究掺杂后的复合电极对NOx气体的敏感特性,成功制备出分别对NO2和NO具有一定选择性的WO3基敏感电极材料,并采用这两种电极材料制备出双敏感电极试样,研究双敏感电极试样对NOx气体的敏感特性。具体工作如下:采用沉淀法制备了不同TiO2含量的TiO2-WO3复合粉体材料,与有机粘结剂混合均匀后得到电极浆料,并丝网印刷于烧制好的YSZ基片上,烧结后制备为电极试样,研究了TiO2掺杂量对材料NOx气敏性能的影响。研究结果表明:敏感电极由单斜相WO3和四方相TiO2组成,TiO2平均粒径约180nm,小于WO3颗粒。细颗粒TiO2的添加提高了WO3对NO2的低温敏感性能,削弱了WO3对NO2的高温敏感性能以及对NO的敏感性能。通过调节TiO2的添加量,可以使复合电极在NO2和NO之间产生一定的选择性。20wt.%TiO2-WO3电极在500-700℃范围内对NO2的敏感性能高于NO,对NO2气体具有较好的选择性。采用固相掺杂法制备了不同CuO含量的CuO-WO3复合电极浆料,并丝网印刷于烧制好的YSZ基片上,烧结后制备为电极试样,研究了CuO掺杂量对材料NOx气敏性能的影响。研究结果表明:敏感电极由单斜相WO3和三斜相CuWO4组成,CuWO4颗粒较为粗大,其分布方式对材料的NOx敏感性能产生较大影响。10wt.%CuO-WO3电极在500-700℃范围内对NO的敏感性能要高于NO2,对NO具有较好的选择性。将20wt.%TiO2-WO3电极与10wt.%CuO-WO3电极丝网印刷于YSZ基片的两侧,制备双敏感电极试样,并对其NOx气敏性能进行了研究。研究结果表明:双敏感电极试样由于两电极间电化学反应动力学的差异,对NO、NO2及NO2+NO混合气均有电势信号输出。双敏感电极试样对NO和NO2的电势信号与其浓度的对数具有较好的线性关系,对总量一定的NO2+NO混合气电势响应随着混合气中NO2比例的增加而增加,这一现象可以用双电极试样对NO和NO2的响应信号叠加来定性解释。
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