贵金属/WO3复合纳米晶的气敏与光催化研究进展

WO3作为新型的气敏材料和光催化剂具有广阔的应用前景,通过贵金属纳米簇修饰后的WO3复合纳米晶比WO3基体材料在性能上大幅提高。本文综述了贵金属修饰对WO3基体气敏和光催化性能的影响,其中气敏性能以不同敏感气体(如NOx、H2S、H2等)为分类依据,而光催化性能以不同贵金属(Au、Ag、Pt等)添加剂为分类依据,系统综述了贵金属/WO3复合纳米晶的气敏和光催化性能研究最新进展,并总结了常见贵金属/WO3的气敏和光催化机理模型,提出了贵金属/WO3在气敏和光催化应用过程中存在的问题及前景展望。     

WO_3粉体的溶胶-凝胶合成法与气敏性能

以有机溶剂为诱导剂,采用溶胶-凝胶法制备了纳米WO3粉体,使用XRD进行了结构表征。结果表明,合成的WO3粉体为正交相。用该粉体制成厚膜型旁热式气敏元件,测试结果发现：在工作电压为5V时,气敏元件对甲醇、乙醇等还原性气体具有较高的灵敏度,可以检测体积分数低至5×10-4%的甲醇、乙醇。可望用于制备对甲醇气体的体积分数进行测定的价廉的气敏元件。     

纳米WO3掺杂CNTs材料的制备及其气敏性能测试

通过水热法合成纯WO3,并采用原位水热合成的方法制备不同碳纳米管掺杂量(0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%)WO3/CNTS复合材料。复合之前,从四种纯WO3(K2SO4为添加的矿化剂且含量依次为15 g、30 g、40 g、0 g)中选取一种气敏性能最好的合成工艺。结果表明无K2SO4的合成工艺较好,同时对四种纯WO3进行了XRD表征,结果显示无K2SO4的氧化钨为两相晶体,且粒径较小。纯WO3与S-WCNTS掺杂制备复合材料,然后由复合材料制备气敏元件,对H2S进行气敏测试,结果表明S-WCNTS含量为0.6%的复合材料效果最佳,恢复性好且工作电压较低,可达2.68 V,且检出限可达到3 mg/kg,连续曲线的测定也较好。     

铼掺杂WO3材料的VOCs气敏特性

通过掺杂法制得一系列不同Re2O7掺杂量的WO3粉体,测试了元件的气敏性能。研究发现：适量掺杂Re2O7,不仅可以显著降低WO3的电阻值,而且有利于提高WO3纳米材料对VOCs气体的灵敏度,其中掺杂量为6%（质量分数）的烧结型气敏元件在300℃下对VOCs有较高的灵敏度和选择性,是一种气敏性能很好的VOCs气敏元件。     

H2S气敏材料研究进展

介绍了SnO2系、ZnO系、ZnS系、WO3系及复合氧化物半导体型H2S气敏材料的国内外研究现状;阐述了掺杂及制备方法对提高气敏材料的灵敏度、选择性以及降低工作温度和缩短响应－恢复时间等方面的影响;提出了气体传感器的发展方向。     

溶胶–凝胶法制备碳纳米管-In_2O_3纳米复合材料及其气敏性

以碳纳米管（carbon nanotubes,CNT）为模板,在超声波辅助条件下,利用溶胶–凝胶法合成CNT–In2O3纳米复合粉体,用该复合粉体制备CNT–In2O3气敏元件。借助X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪和能量色散谱仪对产物进行表征,研究了CNT–In2O3气敏元件的气敏性。结果表明：CNT–In2O3纳米复合粉体是一种由In2O3纳米颗粒均匀包裹在直径约为20～30nm的碳纳米管上的纳米复合材料。CNT–In2O3气敏元件在低温对NO2有较高的灵敏度,该元件对NO2的灵敏度高于纯In2O。当CNT和InC13·4H2O的摩尔比为3：10时,CNT–In2O3气敏元件对NO2的灵敏度最大,且灵敏度随NO2浓度的增大而增大。该气敏元件在200℃时对NO2的响应时间为10s,恢复时间为70s。     

共沉淀法制备铬酸钬粉体及铬酸钬气敏元件的气敏性能

采用共沉淀法制备HoCrO3前驱体,将前驱体在不同条件下热处理得到铬酸钬纳米粉体。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HoCrO3纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征,对用HoCrO3纳米粉制作的元件进行气敏性能测试,研究了热处理条件对HoCrO3气敏元件气敏性能的影响。结果表明：所制备的HoCrO3粉体为纳米颗粒,平均粒径约为50nm,属于钙钛矿型复合氧化物;采用800℃保温2h制备的HoCrO3气敏元件对三甲胺气体具有较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性;样品的检测限较低,对体积分数为1×10^-7三甲胺的灵敏度为3。HoCrO3是检测三甲胺的一种很有应用前景的半导体气敏材料。     

碳纳米管掺杂纳米ZnO气敏元件敏感特性

采用溶胶–凝胶法合成纳米ZnO,以碳纳米管(carbonnanotube,CNT)为掺杂剂制备CNT–ZnO旁热式气敏元件样品。用X射线衍射和透射电镜分析了ZnO的结构,用扫描电镜观察CNT–ZnO气敏元件样品表面的显微形貌,研究了CNT–ZnO元件对甲醛和丙酮等气体的气敏性能。结果表明:CNT存在于平均粒径为20～30nm的ZnO晶粒间,增加了CNT–ZnO材料的气孔率。CNT–ZnO气敏元件对丙酮的灵敏度高于纯ZnO元件,掺0.6%(质量分数)CNT的ZnO气敏元件(0.6%CNT–ZnO)气敏元件对质量分数为40×10–6甲醛有最高灵敏度(15.11)。而且具有能检测低浓度甲醛气体、选择性好,响应速度快(响应时间约为15s)的优点。     

α-Fe_2O_3纳米微球的合成及气敏性能研究

采用溶剂热法制备了球状结构的氧化铁前驱体,再经400℃热处理后得到α-Fe_2O_3纳米微球。通过TG、IR、XRD和SEM等手段对产物结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的α-Fe_2O_3纳米微球直径约为500 nm。此外,我们将α-Fe_2O_3纳米微球制备成厚膜型气敏元件并进行气敏性能测试,在工作温度为150℃时,α-Fe_2O_3纳米微球对苯胺(AN)有良好的选择性和较高的灵敏度,最低检出限可达到1.9 mg/m3,对38 mg/m3苯胺的响应值为10.4。测试结果表明,α-Fe_2O_3纳米微球可用于制备苯胺气体传感器。     

石墨相四氮化三碳/氧化锌复合材料的制备及其气敏性能

采用水热法制备了一系列石墨相四氮化三碳-氧化锌(g-C3N4-ZnO)复合材料,并使用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、Fourier变换红外光谱和X射线光电子能谱对复合材料进行了表征,研究了g-C3N4-ZnO复合材料的气敏性能。结果表明:加入9%(质量分数,下同)g-C3N4所制备的g-C3N4-ZnO复合材料在300℃对乙酸具有较好的气敏选择性和较高的气敏灵敏度,对10-3乙酸气体灵敏度达到260.4,响应和恢复时间分别为6 s和5 s,对10-6乙酸气体灵敏度可达到1.8。     

水热法制备Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料及其对乙醛气体的传感性能EI北大核心CSCD

工业生产生活中产生的乙醛气体需要实时高效监测,利用水热法制备了WO_(3)纳米片和一系列Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料。采用X射线衍射法、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、X射线能谱等对制备出的Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料进行了结构和形貌表征。对Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料进行了气敏性能研究,并且探究了碳化钛加入量对Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料气敏性能的影响。结果表明:Ti_(3)C_(2)T_(x)的加入能够有效提高WO_(3)纳米片的气敏性能。当Ti_(3)C_(2)T_(x)的加入量在7%(质量分数)时,Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)复合材料的最佳工作温度优化为80℃。7%Ti_(3)C_(2)T_(x)-WO_(3)材料在80℃时对100μL/L的乙醛气体的灵敏度达到了32.9,最低检测限为0.1μL/L。     

p-n异质结CuO-CeO2的制备及其丙酮气敏性能

以Ce(NO3)3·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O为原料、NaOH为沉淀剂,用水热法制备了CuO-CeO2复合材料.采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、XPS和比表面积及孔径分布测试技术对材料进行了表征.结果表明,与纯CeO2相比,CuO-CeO2具有较小的颗粒尺寸和较大的比表面积(38 m2/g).CuO-CeO2对丙酮具有良好的气敏性能,对体积分数0.01％丙酮气体的灵敏度为95,与纯CeO2相比灵敏度提高约43倍,气敏性能的增强是由于CuO与CeO2复合后比表面积的增大及两者界面上形成的p-n异质结引起的.     

WO_3/氮掺杂石墨烯复合材料的制备及室温气敏研究

以氨水为氮源,采用简便的超声法将氮元素掺杂进石墨烯,通过溶胶-凝胶法制备WO3/氮掺杂石墨烯复合材料,经Raman、XPS、TEM等表征对其进行结构和形貌分析,并在光电流平台上测试其对NO2气体的室温气敏性能。结果表明,对石墨烯进行氮掺杂后形成新的C-N键,石墨烯表面缺陷增加,导电性能提升,WO3/氮掺杂石墨烯复合材料表现出优异的室温气敏特性。     

磁控溅射碳纳米管SnO2材料性能的研究

采用磁控溅射的方法制备薄膜型碳纳米管SnO2气敏元件,通过对气敏元件在不同气体中的响应进行分析,以及对气敏元件进行SEM和XRD实验,研究碳纳米管SnO2材料的气敏性能。实验表明：磁控溅射碳纳米管SnO2气敏元件对NO2气体有很高的灵敏度,对其他气体不敏感。     

低温固相反应合成Zn2SnO4及其气敏性能

以SnCl4·5H2O,Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料,用低温固相反应法合成尖晶石型复合氧化物Zn2SnO4纳米晶体.用X射线衍射、透射电镜表征粉末的晶体结构和形态.结果表明:固相反应完全,合成的前躯体经600℃煅烧1 h后可以得到单相的Zn2SnO4粉体,颗粒形状为球形,平均粒径约为50 nm.将合成样品制成烧结型旁热式气敏元件,测试了元件的敏感特性.气敏测试结果表明:尖晶石型复合氧化物Zn2SnO4为n型半导体气敏材料,在工作电压为5.0 V时,材料对浓度为30μL/L的H2S有较高的灵敏度,其灵敏度高达75倍.     

（急）In2O3-CuO的制备及其光活化下的室温甲醛气敏性能

以InCl3.4H2O和Cu(NO3)2.3H2O为原料,尿素为沉淀剂,采用水热法制备In2O3-CuO复合材料。通过微观结构表征和宏观气敏特性相关联,探究紫外光活化In2O3-CuO复合材料的气敏性能与传感机制。研究结果表明,In2O3-CuO复合材料在375 nm 紫外光照射室温（25℃）条件下对50 ppm甲醛气体的灵敏度为298,与纯In2O3（2.4）相比灵敏度提高124倍,气敏性能的巨大提升归因于In2O3与CuO形成的p-n异质结,协同光活化条件下异质结界面产生的光生电子-空穴与氧物种（O2和O2-）间建立了氧的光活化吸附－解吸循环,使得室温下材料的气体吸附－解吸过程和表面反应增强。为光敏材料的应用和室温气体传感材料的设计提供了新的策略。     

In_2O_3纳米陶瓷纤维无纺布的静电纺丝制备及气敏特性研究

采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了直径20~60 nm的超细氧化铟(In2O3)纳米陶瓷纤维及纳米陶瓷纤维无纺布。采用XRD,IR,SEM,HR-TEM,TGA等分析方法对纳米纤维的形貌和显微结构进行了表征,并研究了其气敏特性。由700℃下煅烧的该超细In2O3纳米纤维所制备的气敏元件具有较好的反应和选择性,对甲醛气体表现出较快的响应和恢复速度。     

水热法制备纳米SnO_2及其气敏性能

以SnCl4·5H2O和氨水为原料、水和乙醇的混合溶液为溶剂,采用水热法制备纳米SnO2。利用粉末X射线衍射、透射电子显微镜和紫外--可见吸收光谱对纳米SnO2样品进行了表征。结果表明:纳米SnO2为金红石结构,晶粒尺寸在2.8~5.3nm,平均晶粒尺寸为3.5nm,颗粒大小均匀、分散性好。进一步制备SnO2气敏元件并评价其气敏性能,发现纳米SnO2样品对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度、很好的选择性和快速响应--恢复时间等优越的气敏特性。     

氧化钌复合氧化铟多孔立方体对三乙胺的敏感性能研究

采用水热法制备出立方体形貌的氧化铟纳米材料,然后通过在立方体氧化铟表面复合氧化钌,来改善氧化铟纳米材料的气敏性能。复合氧化钌后的RuO_2@In_2O_3纳米颗粒仍具备In_2O_3立方体规整的形貌,且分布仍保持原状,尺寸大小也没有发生变化;将所得样品制成气敏元件,气敏测试结果显示样品对三乙胺气体展现出较高的气敏响应,气敏元件最佳工作温度较原样相比有所降低(260°C),对三乙胺表现出良好的气敏响应特性,气敏元件的灵敏度高、稳定性好、响应-恢复时间短、选择性好。     

LaFeO_3纳米粒子的制备及乙醇敏感性能

以FeNO_3·9H_2O、LaNO_3·xH_2O、柠檬酸、丙烯酰胺为原料,采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构的LaFeO_3纳米粒子。利用热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了热处理温度、A位Y掺杂对LaFeO_3成相、晶体结构、形貌等的影响,发现溶胶-凝胶法制备LaFeO_3纳米粒子的成相温度低于500℃,A位Y掺杂增大了LaFeO_3晶粒的生长活化能、抑制了晶粒生长。以LaFeO_3纳米粒子为敏感材料制备了旁热式气敏元件,通过元件的乙醇敏感性能测试,结果表明,250℃时LaFeO_3气敏元件对不同浓度乙醇具有良好的气敏性;随着乙醇浓度的增大,元件的灵敏度近线性增长;700℃热处理获得未掺杂LaFeO_3的乙醇敏感性能最佳,其对100×10~(-6)乙醇的灵敏度可达54;A位Y掺杂量为10%(摩尔比)时,元件对乙醇的灵敏度更好,其对100×10~(-6)乙醇的灵敏度可达163。