碳纳米管和贵金属掺杂SnO2敏感材料的制备及其气敏性的检测

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanglinux_0208
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二氧化锡作为新型的传感器敏感材料,由于它具有良好的气敏性能而被制作成传感器广泛应用于各个领域。但是该类型气体传感器具有高操作温度,低选择性,差稳定性,响应-恢复时间长等缺点,因此降低操作温度,提高气体选择性和稳定性成为国内外研究以SnO2为基体的气体传感器的研究者们热切关注的话题。大量研究表明通过掺杂贵金属和改变敏感材料的结构可以有效的提高以SnO2为基体的气体传感器的传感性能。本文针对绝大部分气体传感器的高灵敏度和低最优操作温度不能共存及响应-恢复时间较长的缺点,提出了用溶胶凝胶法掺杂贵金属钯和碳纳米管的方法合成改性的SnO2。本文的主要工作如下:  1.采用溶胶凝胶法,通过掺杂不同含量的Pd2+,制备出了0.0,0.5,1.0,3.0,5.0 mol%Pd/SnO2敏感材料。利用XRD、SEM、TEM、EDS、XPS和气敏性能检测系统等分析手段对材料进行晶体结构、形貌、元素价态和气敏性能进行表征,发现随着Pd掺杂量的增加,Pd/SnO2敏感材料的晶粒尺寸变小,掺杂贵金属Pd可以有效地提高SnO2基体传感器的气敏性能,Pd的最佳掺杂含量为1.0 mol%,对浓度为500 ppm的CO的灵敏度约为44。贵金属Pd的掺杂不仅可以有效的提高灵敏度,还可以降低最优操作温度。纯的SnO2对CO的最优温度为350℃,而1.0 mol%Pd/SnO2对CO的最优温度可降至150℃。1.0 mol% Pd/SnO2气体传感对CO展示了优于其他气体(如:NH3、H2、NO)的选择性,但是稳定性能不是很好。  2.为了缩短响应-恢复时间,进一步提高气体传感器气敏性能,我们采用溶胶凝胶法,通过掺杂不同含量的碳纳米管,制备出了碳锡摩尔比分别为0.06,0.12,0.24,0.48,Pd的掺杂量为1.0 mol%的敏感材料Pd/SnO2/CNT,随着碳纳米管掺杂量的增加,发现Pd/SnO2/CNT敏感材料的晶粒尺寸变小。掺杂碳纳米管可以有效地提高 SnO2基体传感器的气敏性能,当碳锡摩尔比为0.12时在100℃下对浓度为500 ppm的CO的灵敏度约为90。碳纳米管的掺杂不仅可以有效的提高灵敏度,还可以降低最优操作温度。纯的SnO2对CO的最优温度为350℃,而1.0 mol% Pd/SnO2/CNT(C/Sn=0.12)对CO的最优温度可降至100℃。1.0 mol%Pd/SnO2/CNT(C/Sn=0.12)气体传感对CO展示了优于其他气体(如:NH3、H2、NO)的选择性,且由于制作方法简单,因此具有应用前景。1.0 mol% Pd/SnO2/CNT(C/Sn=0.12)气体传感对CO的响应恢复时间小于5 s,表明碳纳米管可以缩短气体传感器的响应和恢复时间的作用,且稳定性较好。
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