氧化钨基半导体气体传感器的研究进展

近年来,氧化钨(WO_3)基半导体气体传感器由于可用来检测低浓度二氧化氮、二氧化硫、臭氧和氨气等气体而受到广泛关注。将WO_3基材料分为4类:纯WO_3材料、氧化物-WO_3复合材料、贵金属-WO_3复合材料和有机物-WO_3复合材料,总结近年来中外文献中WO_3基材料对不同气体的响应性能,展现近年来国内外WO_3基半导体气体传感器的研究进展。最后根据已有的工作进展,提出合成新型纳米材料、降低工作温度、提高传感器选择性应成为WO_3基半导体气体传感器下一阶段的研究重点。     

花状SnO2的制备及其气敏特性的研究

以乙二醇(C2H6O2)为有机溶剂,采用溶剂热法制备了花状SnO2纳米材料,并将制备的SnO2制成旁热式气敏元件.通过XRD,SEM等测试手段对SnO2纳米材料进行了表征,并初步分析了气敏元件对丙酮的敏感机理.制备的SnO2材料是由粒径约为10 nm的颗粒有规则的堆叠而成的直径约为3～4μm的花瓣清晰的多孔分级花状结构.研究发现,气敏元件对丙酮气体有很好的响应灵敏度.在最佳工作温度(350℃)时,检测的丙酮体积分数最低为1×10-6.对100 ppm丙酮的响应及恢复时间分别为40和50 s.且气敏元件对丙酮气体的响应灵敏度远高于对苯、甲苯、甲醇、甲醛、氨等气体的响应灵敏度.     

In2Se3/CuSe核壳结构微纳粉的合成及其喷涂热处理制备CuInSe2薄膜

分别采用超声微波溶剂热法、常压溶剂热法及高压溶剂热法制备In₂Se₃/CuSe粉体, 研究不同方法制备In₂Se₃/CuSe粉体的物相、形貌, 并利用涂覆-快速热处理法制作薄膜太阳电池吸收层。通过XRD、Raman、FESEM和TEM对样品的物相、形貌和组成进行了表征。结果表明: 超声微波溶剂热法和常压溶剂热法得到的产物是以In₂Se₃+CuSe混合相的形式存在, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe粉体则呈核壳结构, (以In₂Se₃为核, CuSe为壳)。涂覆-快速热处理法制备CIS薄膜的FESEM照片结果表明, 高压溶剂热法合成的In₂Se₃/CuSe更容易获得平整致密的薄膜。将该CIS薄膜直接用于电池器件的组装, 获得的光电性能参数: V_oc为50 mV, J_sc为8 mA/cm²。     

微波水解法制备纳米ZnO及其气敏特性研究

以Zn(CH₃COO)₂-2H₂O为原料,采用微波水解法和恒温水解法制备了纳米ZnO粉体,用X射线衍射仪、透射电镜对产物的相组成和微观结构进行了表征和分析,并且测试了其气敏特性.为了改善纳米ZnO的气敏性能,利用微波水解法,通过掺杂Pt、Pd贵金属制备出其相应的纳米复合氧化物.与恒温水解法相比,微波水解法所需反应时间显著缩短、反应物浓度提高;两种方法制备的纳米ZnO粉体皆对酒精和汽油具有较高灵敏度;掺杂Pt或Pd可提高纳米ZnO对酒精和汽油的选择性.     

Bi_2WO_6/石墨烯复合材料的制备与光催化应用研究进展

光催化太阳能转换被认为是解决日益严重的能源短缺和环境污染问题的有效途径。因此,探索一种具有优异光催化活性和良好循环性能的新型光催化剂对光催化技术的发展具有重要意义。Bi_2WO_6是最简单的Aurivillius型氧化物,是一种重要的n型半导体材料,具有优异的可见光响应光催化性能,有望应用于有机污染物的降解。然而,单组分Bi_2WO_6存在光生电子-空穴对复合效率高、可见光吸收能力不足等缺点,阻碍了其光催化性能的提高。将石墨烯、碳量子点、TiO2等其他材料与Bi_2WO_6复合,成为解决上述问题的一种有效办法。在众多选择中,石墨烯凭借优异的电化学性质而引起了极大的关注。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的呈六角型蜂巢晶格的新型二维纳米材料,具有优良的导电性和光学性能。当石墨烯与Bi_2WO_6复合后,带来的性能提升主要有:(1)其优异的电子传导能力促进了电荷转移,抑制了光生电子-空穴对的重组;(2)基于石墨烯具有大的π共轭体系和二维平面结构,具有共轭体系的小分子或高分子污染物可通过π-π相互作用很容易地吸附在石墨烯表面上,这有利于催化反应的发生与进行;(3)石墨烯优良的光学性能可增强复合材料的可见光吸收。目前,用来制备Bi_2WO_6/石墨烯复合材料的方法主要有:水热法、溶剂热法、超声波化学合成法等。水热法经济实用,应用最为广泛。溶剂热法因能够利用非水介质的一些特性完成许多在水溶液条件下无法进行的反应而广受青睐。超声波化学合成法凭借独特的声空化效应,在近些年的研究中崭露头角。本文以Bi_2WO_6/石墨烯复合材料的制备方法为分类依据,将其分为水热法、溶剂热法、超声波化学合成法及其他制备方法四类,逐一进行分析、介绍,简述了复合材料的光催化增强机制,概述了复合材料在光催化领域的具体应用,并对Bi_2WO_6/石墨烯复合材料的制备与应用进行了展望。     

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。     

硫化铋纳米材料制备研究进展

Bi2S3是一种重要的半导体材料,因其在热电设备、电子和光电子器件以及红外光谱学上的广泛应用而得到人们的极大关注。到目前为止,已经有很多种方法被用来合成Bi2S3纳米材料。综述了Bi2S3纳米材料的制备方法,主要有水热合成法、溶剂热法、离子液体辅助法、微波合成法等,并且对其发展趋势和前景进行了展望。     

核壳结构WO_3/V_2O_5纳米线复合薄膜的制备及其电致变色性能研究

采用溶剂热法在氟掺杂的锡氧化物导电玻璃衬底上成功合成制备了长度为400~2000 nm,从基底(80 nm)到尖端(30 nm)锥状塔式WO_3纳米线薄膜,进而通过电化学沉积法在WO_3纳米线表面均匀沉积V_2O_5纳米颗粒,从而得到核壳结构WO_3/V_2O_5纳米线复合薄膜。运用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对复合薄膜进行表征,并运用循环伏安法、计时电流法和紫外可见光谱分析研究了该复合薄膜的电化学性能和光学性能。结果表明,与单一的V_2O_5薄膜相比,该复合薄膜的电致变色性能获得了显著增强。具有更好的循环稳定性、更大的透射率调制幅度(776 nm为67%)和更高的着色效率(776nm为13.5 cm2/C)。该法制备WO_3/V_2O_5核壳纳米结构电致变色综合性能优良,有望在隐身材料和智能变色薄膜材料等领域得到广泛应用。     

WO_3掺杂NiO纳米材料的VOCs气敏性能

制备掺杂WO_3的NiO纳米粉体材料并测量了材料的VOCs气敏性能。XRD分析表明,WO_3掺杂使NiO粉体中出现新相NiWO_4。随着WO_3掺杂量增多,NiO的衍射峰半高宽明显宽化,WO_3掺杂抑制了热处理过程中NiO晶粒的长大。50×10~(-6)浓度二甲苯、甲醛、甲苯和乙醇等气体中的测量结果说明,WO_3掺杂明显提高了NiO材料的VOCs气体灵敏度,对二甲苯的最佳掺杂量是5%,最大灵敏度为26.4,响应时间4s;对甲醛的最佳掺杂量是10%,最大灵敏度是4.67,响应时间6s。     

Pt修饰的SrCe0.9Y0.1O3-δ膜的制备与电性能研究

为了提高质子-电子混合导电膜的电子导电性,采用浸渍法对SrCe0.9Y0.1O3-δ粉体进行Pt修饰,制备出含Pt的SrCe0.9Y0.1O3-δ质子导电膜(Pt/SCY膜),并对其致密性、物相、微结构、电子导电性进行了研究.研究结果表明,在1450℃保温3h,得到的Pt含量≤0.2%(质量分数)的Pt/SCY膜具有正交钙钛矿结构,且相对密度达98%.当保温时间延长或Pt掺入量增加时,Pt/SCY膜中出现SrY2O4和Y2O3相.Pt/SCY膜在H2还原前后具有不同的微观结构,通过对膜在空气中的交流阻抗谱测试,发现Pt修饰改变了400℃以下电子的传导机制,显著地提高了低温区电子导电率.     

微波合成条件对催化剂Pt_2Mo/C的结构和甲醇氧化催化性能的影响

为了改善Pt/C催化剂的甲醇氧化催化性能,采用快速高效的微波加热技术合成了Mo修饰的Pt基催化剂Pt2Mo/C,并对比研究了微波反应时间和超声分散时间等条件对Pt2Mo/C的晶体结构、微观形貌和甲醇氧化催化性能的影响.结果表明:Pt2Mo/C的晶体结构主要是由微波反应时间决定的,超声分散时间对其几乎没有影响;Pt2Mo/C的微观形貌受微波反应时间和超声分散时间的共同影响.在本实验的研究范围内,微波反应时间和超声分散时间对催化剂Pt2Mo/C的甲醇氧化催化性能的影响顺序分别为10min15min20min5min和60min100min30min0min;制备高活性甲醇氧化催化剂Pt2Mo/C的最佳条件为微波反应10min和超声分散60min.     

TiO_2纳米薄膜光催化剂制备技术的新进展

综述了TiO_2纳米薄膜光催化剂制备方法的最新进展,讨论了传统技术的新发展如改进的溶胶-凝胶法和微波辅助沉积法,同时也详述了水热溶剂热法、原位生长法及自组装法等新型制备技术,最后提出了TiO_2纳米薄膜制备技术今后的发展方向.     

氧还原电催化剂Pt/WO3-C的制备及稳定性研究

采用化学沉淀法由HCl-Na₂WO₄制备WO₃-C复合载体, 通过微波辅助乙二醇还原法制备Pt/WO₃-C复合载体催化剂。研究了WO₃含量以及热处理温度对Pt/WO₃-C催化剂性能的影响, 采用X射线衍射、透射电子显微镜和能量散射光谱对Pt/WO₃-C的物化结构和组成进行了表征。结果表明, WO₃的最佳含量为10wt%, N₂气氛中热处理适宜温度为250℃。所制备的Pt/WO₃-C催化剂中WO₃以单斜晶型存在, Pt颗粒的平均粒径为2.77 nm。通过循环伏安法和单体质子交换膜燃料电池极化曲线测试了Pt/WO₃-C催化剂的电化学性能, 证实了Pt与WO₃之间存在协同催化作用, 与Pt/C催化剂相比, Pt/WO₃-C的催化活性和稳定性都有明显改善。     

g-C3N4量子点修饰球形Bi2WO6及其光催化活性增强机制

采用水热法制备三维分级结构Bi_2WO_6,在此基础上采用浸渍-焙烧法将g-C_3N_4量子点成功沉积在Bi_2WO_6的表面,获得Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂。采用XRD,FE-SEM,TEM,UV-Vis-DRS测试手段对催化材料的组成、形貌和光吸收特性进行表征。以亚甲基蓝(MB)和对硝基苯酚(p-NPh)为模型污染物,考察g-C_3N_4量子点表面修饰对Bi_2WO_6光催化活性的影响。结果表明:所得Bi_2WO_6为三维分级多孔结构,孔尺寸约为10nm,浸渍-焙烧法可将尺寸约5nm的g-C_3N_4量子点沉积在其二级结构纳米片表面。Z-型结构g-C_3N_4/Bi_2WO_6光催化剂的催化活性优于纯Bi_2WO_6的,且10%g-C_3N_4/Bi_2WO_6(质量分数)异质光催化剂对MB的降解表观速率常数(k_(app))分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的4.5倍和5.8倍,对p-NPh的k_(app)分别为纯Bi_2WO_6和g-C_3N_4的2.6倍和1.6倍。O■是光催化过程中的主要活性物种。g-C_3N_4量子点与Bi_2WO_6形成异质结,有利于拓宽光响应范围的同时有效抑制了Bi_2WO_6光生电子与空穴的复合,从而提高了催化剂的活性。     

ZIF-67@PDA/含氟聚酰亚胺混合基质膜的制备及其气体分离性能

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应用。采用溶剂热法合成金属框架材料ZIF-67,并通过溶液氧化法在ZIF-67表面修饰聚多巴胺(PDA)层制备ZIF-67@PDA纳米多孔材料。以4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(ODA-6 FDA)型含氟聚酰亚胺(FPI)为基体、ZIF-67和ZIF-67@PDA为填料,制备不同质量分数的ZIF-67/FPI和ZIF-67@PDA/FPI。通过FTIR、WAXD、TGA、SEM、比表面和孔径分布分析仪、气体渗透仪等测试对MMMs的结构和性能进行表征并测试了N₂、O₂、CO₂、He 4种气体的渗透性。结果表明：经聚多巴胺修饰后的纳米微孔材料ZIF-67在聚合物基体中能均匀分散并为气体分子的通过提供快速通道,且表现出良好的热稳定性。ZIF-67@PDA对CO<...     

Pt/C催化剂制备及CO催化氧化性能研究

采用大气压介质阻挡放电辅助氢气热还原方法和氢气热还原方法制备Pt/C催化剂,考察了制备方法及Pt负载量对Pt/C催化性能的影响。采用X-射线衍射(XRD)、循环伏安法、CO催化氧化反应研究Pt/C催化剂的晶相结构、电催化性能和CO催化氧化活性。结果表明:大气压介质阻挡放电辅助氢气热还原所制备的样品具有更高的电化学活性和CO催化氧化活性。当Pt负载量在2%到10%之间变化时,Pt/C-PC催化活性随负载量增加而增加。XRD测试结果显示当Pt负载量为2%,5%和10%时,Pt粒径分别为:10.6 nm,9.1 nm和6.4 nm,说明采用等离子体辅助氢气热还原方法制备的Pt/C-PC催化剂,Pt负载量越大,Pt粒径越小,CO催化氧化活性更高。     

石墨化介孔碳包裹WC纳米粒子的构建及其氧还原性能研究

采用模板复型辅助的化学气相沉积法(CVD)成功制备出一种非贵金属的氧还原反应(ORR)催化剂材料—包裹碳化钨纳米粒子的石墨化介孔碳(WC/MG)复合物。制备的介孔结构WC/MG复合材料不仅具有高氧还原反应电化学催化活性, 还表现出良好的电化学稳定性。在O₂饱和的0.1 mol/L KOH电解质溶液中, 900℃制备的样品WC/ MG-900其半波电势(E_1/2)和极限电流密度仅比商用贵金属催化剂Pt/C分别低50 mV 和 0.2 mA/cm²。Koutecky- Levich曲线和旋转环盘电极实验均表明, 该介孔结构的WC/MG复合材料表现出近似4电子的ORR反应途径, 具有可与Pt/C催化剂相比拟的ORR催化活性, 以及比Pt/C更优越的电化学稳定性和耐甲醇性能, 使得该介孔结构WC/MG复合物在氧还原电极材料中表现出良好的应用前景。     

富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂提升染料和药物降解的光催化行为研究（英文）

采用溶剂热法制备出富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂。通过光电子能谱议(XPS)、红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电镜(SEM)和UV-Vis漫反射光谱仪(DRS)等手段表征催化剂的形貌、结构、光学和物理性质。SEM观察到硬沥青表面完全被WO_3/TiO_2颗粒覆盖。Raman和XPS分析表明,富炭硬沥青与WO_3,TiO_2复合良好。DRS结果显示在带隙较低时(2.83 eV),富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂对可见光的吸收性能得到提高。在UV-A辐照下,通过降解橙色Ⅱ染料和药物来探讨所制催化剂的光催化性能。橙色Ⅱ染料降解度随着硬沥青添加比例增加而增加,这归因于吸附和光催化的协同效应,即光吸收的增加和光产生的空穴和电子在W/Ti界面容易转移。而且,为了对比硬沥青原料与所制催化剂的吸附性能,在不同pH值下进行了批量吸附实验,并采用等温线和动力吸附模型探讨了温度和吸附值。本研究提供了富炭硬沥青作为自然碳源应用于碳基光催化材料制备思路。     

碘修饰多钼酸的制备及其气敏性能

采用钼酸铵与硝酸通过直接沉淀法制备了六方晶型的多钼酸,将该多钼酸与碘酒在外加直流电场下的两个电极间研磨制备了碘修饰多钼酸.研究了该多钼酸对氨气、乙醇、丙酮、臭氧的气敏性质,结果表明碘修饰后的多钼酸对极性气体乙醇和氨气具有良好的灵敏性,且在低温范围内气敏性随温度升高而提高,而对非极性气体丙酮和臭氧灵敏性很低.因此,碘修饰多钼酸可成为一种潜在的新型检测极性气体用低温气敏材料.     

三氧化钨纳米材料在二氧化氮气敏传感器中的研究进展

三氧化钨(WO_3)因其氧含量与氧缺陷随着环境因素变化而变化,使得其成为一种理想的二氧化氮(NO_2)气敏材料。简要介绍了WO_3材料的结构、特性和NO_2气敏机理,综述了近5年来高性能WO_3气敏材料在NO_2气体检测中的最新研究进展,分析了WO_3气敏材料存在的主要问题与挑战,重点讨论高比表面积WO_3材料、WO_3复合材料等的解决途径。最后,展望了WO_3气敏材料在NO_2气敏传感器中的发展方向和应用前景,提出了开发低电阻WO_3膜电极是未来高性能NO_2传感器的研究重点。