C/Ru共掺杂金红石型TiO2对甲醛光学气敏特性的影响

光学气敏效应是材料表面与探测气体的相互作用引起材料光学性质变化,从而探测到气体含量,是一种高灵敏度、可靠的检测气体含量的方法。金属氧化物半导体由于禁带附近的电子性质活跃,常被作为光学气敏材料。甲醛(HCHO)是一种房间装修过程中常见的室内空气污染物,是室内气体环境主要污染源。本文通过在金红石型TiO_2(110)表面分别掺杂C、Ru和共掺C/Ru元素,分析表面吸附甲醛分子的光学气敏性质变化的原因,发现杂质元素的2p和4d电子协同作用,使材料气敏特性显著提高。利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,分析材料表面结构、态密度、电荷布居、光学性质以及选择性。研究发现,在HCHO气体环境下,杂质元素增强了金红石表面的氧化性,而C/Ru共掺杂的体系表面光学气敏效应最显著。C/Ru共掺杂使材料表面有更佳的光学气敏传感特性,对低浓度HCHO的灵敏探测是一种有效的探测方法。     

SiO2-WO3纳米粉体的合成及其气敏特性

采用化学沉淀法制备了xwt％SiO2-WO3(x=0，3，5，10，15)粉体材料，利用X射线衍射仪、透射电镜等测试手段分析了材料的微观结构，探讨了掺杂量、元件工作温度与W03气敏性能的关系.研究发现：SiO2的掺杂提高了WO3粉体材料对H2S气体的灵敏度，其中掺杂量为5％的烧结型气敏元件在180℃下对H2S气体有较高的灵敏度和选择性；本文还对WO3的H2S气敏机理进行了探讨．     

微波辅助一步合成ZnO纳米棒及其气敏性能

以Zn(NO_3)_2为锌源、CTAB为表面活性剂,在微波辐照下90℃反应30min即可一步合成ZnO纳米棒,利用TG-DTA、XRD、SEM对合成材料的相组成及微观结构进行表征,并测试了纯ZnO及Pd修饰ZnO纳米棒的气敏特性。结果表明,微波辅助一步合成的ZnO纳米棒属于纤锌矿型六方晶系,直径为100～800nm、长度约2～3μm;对H_2S气体有较高的响应,但选择性不佳;利用贵金属增敏剂Pd(0.5wt%)来修饰ZnO纳米棒可显著提高其对H_2S气体的响应和选择性,并降低其工作温度,使其有望用于开发低温型高灵敏度的实用H_2S气体传感器。     

Ni掺杂SnO_2气敏材料优化设计及对低浓度甲醛气敏性能研究

甲醛是室内空气污染的主要气体,严重危害人的身体健康。SnO_2是目前在气体传感器上应用较多的气敏材料。通过一步水热法成功制备了不同Ni掺杂SnO_2立方体。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等表征手段对材料的形貌和结构进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其气敏性能进行了研究。结果表明,Ni掺杂可以有效地改善SnO_2基气体传感器的气敏性能,最佳掺杂浓度为4%(原子分数),进一步掺杂不利于SnO_2气敏性能的提高。从材料的结构和表面缺陷方面对Ni掺杂改善SnO_2的气敏机理进行了分析。Ni掺杂增加了SnO_2材料的比表面积,为气体分子提供了更多的孔洞和间隙,有利于气体分子的吸附和脱附;同时,Ni掺杂降低禁带宽度,产生了更多氧缺陷,从而降低了工作温度并有利于吸附氧的产生,优化了SnO_2的气敏性能。     

等离子体化学气相淀积SnO_2气敏材料

用等离子体激活的化学气相淀积(PCVD)方法在比表面大的多孔玻璃上淀积纯 SnO_2,得到稳定性好、工作温度低及选择性较好的气敏薄膜元件。研究了该元件对 H_2、C_2H_5OH、LPG(液化石油气)等气体的气敏效应,对元件的检测机理作了一些探讨,并与用烧结法制备的元件的气敏性能进行了比较。     

纳米SnO2、ZnO及ZnO／SnO2复合材料的气敏性能研究

以ZnO、S如纳米颗粒及ZnO／SnO2复合纳米材料分别作为气敏基料制成旁热式气敏元件,运用扫描电镜观察产物的形貌,用静态配气法对浓度为100ppm的甲烷气体进行气敏性能的测试。结果表明,这几类元件的最佳工作温度及灵敏度差异较大,当工作温度为350℃时SnO2纳米颗粒的气敏性能最佳。此温度下,SnO2响应时间和恢复时间也比纯ZnO纳米颗粒分别缩短了2S和3S。     

SnO2气敏材料动态测试方法研究

气敏材料的气敏特性来源于气体在材料表面的吸附和表面反应过程。传统的气敏材料测试方法及仅仅测试材料在与气体接触前后电阻的变化,只有反映气体吸附的结果,而不能反映吸附和解吸的动态过程。本文提出了一种新的气敏材料测试方法,在间接加热的过程中测试气敏材料的动态特性。由于工作温度的变化,气敏材料的电阻按一定规律变化。不同气体在材料表面有不同的吸附机理和活化能,温度变化时气体在材料表面的反应平衡发生变化。根据这一原理可以得到气体的特征谱线,从而使气敏材料具有优良的选择性。     

α-Fe_2O_3(SnO_2,SO_4~(■))材料气敏机理的研究

本文研究了α-Fe_2O_3(SnO_2,SO_4~=)材料的气敏特性,进一步讨论了它的气敏机制。认为在α-Fe_2O_3与还原性气体的相互作用过程中不存在向 Fe_3O_4的相变。强还原性气体的敏感过程属于与表面吸附氧间的催化氧化过程。     

不同暴露比例(001)晶面锐钛矿相TiO2纳米方块的合成及气敏性能

在众多提高TiO_2气敏性能的尝试中,晶面调控的方法引起了极大的关注。主要通过调整水热反应的制备工艺,实现TiO_2的(001)晶面暴露不同比例,对其进行气敏性能的研究。通过改变反应物浓度完成了一系列不同晶面暴露比的TiO_2纳米方块的可控水热合成,实现了对TiO_2纳米方块形貌以及晶面的调控。合成TiO_2纳米方块暴露(001)晶面的比例从33.33%增加到83.33%。随(001)晶面暴露比例的提高,对于丙酮气体的灵敏度从14.3提高到了27.8。     

Al_2O_3掺杂ZnO微米花对丙酮超高灵敏度和优异选择性

利用水热合成技术,成功制备具有孔道的纯ZnO微米花和Al_2O_3掺杂的ZnO(Al_2O_3-ZnO)微米花。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)对样品的形貌和结构进行表征。利用所得的纯ZnO和Al_2O_3-ZnO样品制备气敏元件,并对其气敏特性进行研究。结果表明:在工作温度为260℃时,基于Al_2O_3-ZnO的气敏元件对100×10~(-6)的丙酮气体的灵敏度约为82.8,约为同条件下基于纯ZnO的气敏元件对丙酮气体灵敏度(18.0)的4.6倍,其响应时间和恢复时间分别为3s和8s,是同条件下干扰气体中灵敏度最高的乙醇气体的灵敏度(26.2)的3.16倍,该元件具有优异的选择性,能成功区分具有相似性质的丙酮和乙醇。此外,Al_2O_3-ZnO器件可检测到0.25×10-6的丙酮气体,其灵敏度约为3.1。     

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理.结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构.Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附.对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面.Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子.气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附.Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质.Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩.这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度.研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导.     

基于第一性原理的Mo_(3)N_(2)晶体对SF_(6)分解组分吸附特性研究北大核心CSCD

对SF_(6)分解组分进行检测是对电力设备运行状态进行评估,以确保设备能安全稳定工作的有效措施之一。本文基于第一性原理仿真软件Materials Studio对SF6的两种特征分解组分气体在Mo3N2表面上的吸附过程进行理论计算。从吸附能、吸附距离、转移电荷、带隙、能态密度图等方面对其在传感器领域的可行性做了评估。结果表明,Mo_(3)N_(2)上对H_(2)S,SO_(2)F_(2)的吸附能均大于0.800 eV,且SO_(2)F_(2)气体分子在吸附后发生形变裂解,Mo_(3)N_(2)基底的原子排布些许错位,均为化学吸附。Mo_(3)N_(2)吸附两种气体后带隙降为0,转变为金属性。本文的所有理论计算研究对检测与清除SF_(6)分解组分气体的材料选型提供理论依据。     

基于光-湿性能的Cu-Ce/TiO_2复合材料制备与表征

以Cu(NO_3)_2·3H_2O和Ce(NO_3)_3·6H_2O为改性剂,采用溶胶-凝胶法制备Cu-Ce/TiO_2。利用XRD、LPSA、SEM、BET、UV-Vis和DVS对Cu-Ce/TiO_2的物质组成、粒度分布、微观形貌、孔结构和光学性能进行表征。结果表明,Cu-Ce/TiO_2具有大量锐钛矿型TiO_2,促使其吸收边带呈现明显的拓展与红移。Cu-Ce/TiO_2呈现较为规则的球状且结构致密,其粒径较大且局部出现团聚。Cu-Ce/TiO_2的比表面积为107.06m2/g、孔体积为0.1268~0.1354mL/g、平均孔直径为4.29~5.47nm,具有良好的孔结构。Cu-Ce/TiO_2在4h的甲醛降解效率为50.9%,在相对湿度35%~75%的平衡含湿量为0.0143~0.1005g/g,具有良好的光催化性能与吸放湿性能。     

SnO_2薄膜和气敏特性

应用射频溅射法制备SnO_2膜。对SnO_2膜进行了AES、ESCA理化学分析,结果表明:SnO_2膜的成分完全由SnO_2所组成,膜中并没有分离的Sn的成分。同时也对SnO_2膜进行了气敏特性测试分析,结果表明:SnO_2和Pd/SnO_2膜对CH_4、CO、H_2、NO_2、H_2S等气体均有明显的敏感特性,当SnO_2膜表面掺入几十(?)P_d后,对上述气体的敏感性有所增加,工作温度可降低到150℃左右,选择性也有不同程度的改善。     

ZnO气敏陶瓷的制备与气敏性能研究

分别用氨水、草酸铵、尿素和碳酸钠做沉淀剂合成了4种不同陶瓷微结构的ZnO气敏材料。用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和电子衍射(ED)法研究了其晶体和陶瓷微结构。采用静态配气法测试了其气敏效应。ZnO陶瓷具有四方和六方2种不同的结晶外形,颗粒尺寸为0.1～4μM。ZnO陶瓷对C_2H_5OH具有较好的气敏选择性,通过SnO_2的掺杂,ZnO对C_2H_5OH的选择性可进一步提高。颗粒微细化有助于提高ZnO的气体灵敏度。     

两步水热法制备还原氧化石墨烯/纳米TiO_2复合材料及其光催化性能

为研究由还原氧化石墨烯(RGO)和具有高活性晶面的TiO_2组成的复合材料的制备方法及其光催化性能,首先采用两步水热法制备了RGO/纳米TiO_2复合材料:第1步为合成暴露高活性晶面的纳米TiO_2;第2步为将合成的纳米TiO_2与氧化石墨烯(GO)复合,形成RGO/纳米TiO_2复合材料。然后,利用XRD、SEM、X射线光电子能谱仪和紫外-可见漫反射光谱等手段对制备的暴露不同晶面的纳米TiO_2和RGO/纳米TiO_2复合材料进行了表征,评价了其光催化性能。结果表明:在水热法的第1步中,通过调节HF的浓度能可控制备出具有高活性的(001)和(101)晶面的纳米TiO_2,氟原子在纳米TiO_2中以物理吸附态和化学结合态这2种形态存在;在第2步后,GO与纳米TiO_2复合形成RGO/纳米TiO_2复合材料,同时在此过程中GO被转化成RGO。在紫外光照射下,两步水热法合成的RGO/纳米TiO_2复合材料具有很好的光催化性能,明显优于商用TiO_2(P25)和纳米TiO_2的。RGO/纳米TiO_2复合材料的光催化性能有明显的提高,RGO和TiO_2暴露的晶面对光催化活性有影响。     

高球形度、高比表面积SiO_2/TiO_2气凝胶小球的制备和表征

以正硅酸乙酯(TEOS)和钛酸丁酯(TBT)为共前驱体、乙醇为溶剂、乙酸和氨水为催化剂,采用快速溶胶-凝胶过程和超临界干燥制备得到SiO_2/TiO_2气凝胶小球。对SiO_2/TiO_2气凝胶小球进行SEM,TEM,XRD,FT-IR,TG-DTA和氮气吸附-脱附分析测试发现,SiO_2/TiO_2气凝胶小球粒径为1~8mm,平均粒径约为3.5mm,小球具有纳米多孔网络结构,比表面积高达914.5m2/g,TiO_2颗粒均匀分布于气凝胶结构中,并在高温下保持锐钛矿晶型。     

Al2O3/TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来,二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料,TiO_2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面,目前,TiO_2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是 TiO_2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术,在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺;表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性;详细分析了复合薄膜的光催化性能,并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明:电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素,合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜,H_2SO_4-Al_2O_3/TiO_2复合薄膜经热处理,表面有锐钛矿结构 TiO_2生成,TiO_2的晶粒尺寸在纳米量级;TiO_2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化,且 TiO_2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右;三种类型 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜的表面形貌存在较大差异,这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同;三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性;通过 Fe 离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后,复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善;由薄膜形成机理的分析可知,TiO_2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

H2TiO3的制备及锂吸附性能研究

以碳酸锂和锐钛型TiO_2为原料,采用传统高温固相法合成了Li_2TiO_3前驱体。经酸浸脱锂后得到对Li~+具有特殊选择性吸附的吸附剂H_2TiO_3,采用X射线衍射、扫描电镜、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对样品的晶相结构和Li~+选择性吸附性能进行了研究。结果表明:煅烧温度对目标材料的结构与性能有一定影响,由700℃煅烧8h制备出的Li_2TiO_3,在0.5mol/L盐酸作用下Li的脱出率为98.82%,Ti的溶损率为0.95%。吸附剂的最大吸附容量达到33.4mg/g,并具有较好的Li~+选择性。     

Al~(3+)掺入对CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂脱硝性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Al ~(3+)掺杂CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂,研究了Al ~(3+)掺入对CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂脱硝性能的影响。采用X射线衍射、氮气吸附脱附、氨气程序升温吸附、氢气程序升温还原以及荧光光谱等表征技术对催化剂进行表征。结果表明:Al ~(3+)的掺入有利于抑制TiO2从无定型相向锐钛矿相转变,增强了催化剂的储释氧性能,提高了催化剂的强酸酸量和缺陷浓度。强酸酸量和缺陷浓度的提高有利于反应气体的吸附;储释氧性能的增强,吸附的NO物种被氧化的速率加快,有利于催化反应的进行。因此,适量Al ~(3+)的掺入会明显提升CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂的高温脱硝活性,拓宽活性温度窗口。71400h-1条件下0.8Al-CZT催化剂在330℃达到最高活性(98.9%)且在400℃脱硝活性依然能够维持90.8%。