氧化铜基纳米复合材料的制备及NH3气敏性能研究

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzm0901
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为了对环境和工业中NH3实施有效的检测及监控,本文通过高压静电纺丝法结合高温煅烧过程,制备出一维CuO纳米材料以及Co3O4/CuO和In2O3/CuO纳米复合材料。对复合材料的形貌和结构进行了 XRD,FT-IR,RAMAN,XPS,BET,SEM和TEM等分析,并在室温条件下对NH3的气敏性能进行测试,同时对其气敏机理进行了初步探讨。首先,采用高压静电纺丝法通过改变煅烧温度制备出一维纯CuO纳米棒,并研究了不同煅烧温度下的纯CuO对NH3的气敏响应。结果表明,在煅烧温度为600℃下制得的纯CuO具有一维纳米棒结构,它是由CuO大粒子(~100 nm)相互连接组成,在CuO大粒子上分布着纳米尺寸(~23 nnm)的CuO小纳米粒子,且具有P-P(CuO-CuO)同质结和存在着大量的氧缺陷。从而提高了 600℃煅烧温度下的纯CuO纳米棒的NH3气敏性能,对100 ppm浓度的NH3气敏响应灵敏度达到24.2%,响应时间为22.7 s。其次,在纯CuO纳米材料基体上掺杂P型半导体Co3O4,通过高压静电纺丝结合600 ℃下高温煅烧,制备出具有P-P异质结的Co3O4/CuO纳米链。研究发现,在掺杂P型半导体CO3O4之后,导致电子传输能力增强,载流子密度增大,因此材料展现出卓越的NH3气敏性能。其中,CCNC-2(Cu:Co摩尔比5:2)传感器室温条件选择性的检测NH3,对100 ppm的NH3响应为4.72,响应时间低至1.3 s,并且在放置12周后,对NH3的检测浓度仍可达1 ppm,具有较好的稳定性。最后,在纯CuO纳米材料基体上掺杂N型半导体In2O3,通过高压静电纺丝结合600 ℃下高温煅烧,制备出不同摩尔比的In2O3/CuO纳米棒。其中ICCN-5(Cu/In 摩尔比为 100:5)样品存在许多 P-P(CuO-CuO)同质结,P-N(CuO-In2O3)异质结,而异质结会使得电子传输能力增强;同质结使得复合材料的缺陷氧含量和载流子密度增大。因此材料对NH3具有良好的气敏性能,当通入100 ppm NH3的响应为1.57,响应时间为2.0 s,与Co3O4/CuO传感器相比检测限低到0.3 ppm,且在30天内对10 ppm NH3的响应和响应时间几乎没有变化,稳定性较好。
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