二氧化锡是一种具有金红石相n型半导体特性的金属氧化物半导体,其晶体结构属于立方晶系。因具有物理、化学性能稳定、机械性能良好、易制备等特点,SnO₂多年来受到研究者的广泛关注,在金属氧化物半导体气体敏感材料中具有核心地位。但目前常见的二氧化锡气体敏感材料普遍存在着制约其实际应用的缺陷:首先,常见的传统二氧化锡材料存在着选择性较差的缺陷,这使其在针对性检测污染气体的实际应用中易受到其他气体产生的信号干扰,降低检测的准确性;其次,传统二氧化锡材料存在着使用寿命相对较低的缺陷,这限制了其在气敏检测过程中测试结果的可靠性;同时,绝大部分的二氧化锡材料在气敏性检测过程中需要较高的工作温度,大大提高了其应用成本。为解决限制二氧化锡气敏材料应用的缺陷,本文提出制备具有高比表面积结构的Sn02材料,并对其进行表面修饰,实现其气敏响应的提高及工作温度的降低。论文中,本课题组通过溶剂热法制备了具有多孔球结构的二氧化锡材料,并在此基础上通过纳米Sb₂O₅修饰的方式在SnO₂与修饰成分两相接合处构成大量p-n异质结,并对该复合材料的气体敏感性能及机理进行研究。本论文的主要内容如下:1.以结晶四氯化锡为锡源、无水甲醇为有机溶剂、聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,采用一步溶剂热法并通过调控锡源与表面活性剂的质量比、反应温度及反应时间成功合成了具有多孔结构的SnO₂介孔球。对SnO₂多孔球的X射线衍射图谱进行分析,结果显示所合成的二氧化锡为金红石相且无其它杂质。扫描电镜和透射电镜照片表明SnO₂多孔球由大量5-20nm直径的SnO₂纳米颗粒堆积而成,其直径约为0.5-1 μm。BET检测结果显示,SnO₂多孔球的比表面积为39.3 mg-1。2.对合成的多孔结构的SnO₂介孔球进行针对NO2气体的气体敏感性检测。检测数据显示,SnO₂多孔球的最佳工作温度为260 ℃。对比已报道的传统无定形SnO₂材料,SnO₂多孔球在响应值及响应恢复速度上均有提高。多孔球结构良好的气敏性能主要应归因于其更大的比表面积,这为气体检测提供了更多的高活性暴露面。3.以所合成的SnO₂多孔球粉末材料为基体材料,以SbCl₃为锑源,通过氧化还原的方法制备了Sb₂O₅纳米颗粒修饰的SnO₂多孔球复合材料。扫描电镜、透射电镜及X射线能谱元素图像显示,表面修饰的Sb₂O₅纳米颗粒平均尺寸在10 nm以下,呈薄片状均匀散布于多孔结构的SnO₂介孔球外部。BET检测结果显示,由Sb₂O₅修饰后的SnO₂多孔球的比表面积减小为37.2 m2g-1。经X射线光电子能谱分析显示,所得的复合材料中修饰成分纯净无杂质,Sb元素均以+5价态形式存在。4.对合成的Sb₂O₅纳米颗粒修饰的Sn0₂多孔球进行针对N0₂气体的气体敏感性检测。检测数据显示,复合材料的最佳工作温度降低至100 ℃。在相同浓度的N0₂气氛环境下,修饰后的Sn0₂多孔球的响应值约为未修饰的SnO₂多孔球的3倍。通过与其他测试气体的对比得出,该复合材料同样拥有理想的针对NO₂气体的选择性。Sb₂O₅修饰的Sn0₂多孔球气敏性能的提高是由于在n型半导体SnO₂表面修饰p型半导体Sb₂O₅后,两者接触面形成大量p-n异质结,该异质结构不仅降低了气敏反应所需的活化能更使复合材料在电子传输过程中产生新的势垒,提高了材料的气体敏感性能。综上所述,本文合成了具有多孔结构的SnO₂介孔球,并对其进行Sb₂O₅表面修饰。结果显示修饰成分的引入有效的提高了材料对NO₂气体的响应,大大降低了气敏反应所需的工作温度。这种简单的合成方法及更出色的气体敏感特性使Sb₂O₅纳米颗粒修饰的SnO₂多孔球具有很广阔的应用前景。