SnO2-TiO2介孔材料的制備及其氣敏性能的研究.pdf

1、SnO2是一種MO2型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，常被用于氣體傳感器的感應(yīng)材料。傳統(tǒng)的氣體傳感器通常由單一材料制備而成，其性能往往存在靈敏度偏低、工作溫度偏高、穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。深入的研究發(fā)現(xiàn)，以SnO2為氣敏材料為主要成分，合成兩種或多種金屬氧化物，或摻雜稀土等，能引入缺陷、降低晶界勢(shì)壘，從而達(dá)到提升氣體元件氣體性能的目的。本文采用水熱的制備方法，以SnCl4·5 H2O和TBOT為前驅(qū)物，蔗糖為模板，制備出具有珊瑚狀形貌介孔 SnO2材料

2、和介孔 SnxTi1-xO2固溶體材料，并對(duì)珊瑚狀介孔納米材料材料SnO2進(jìn)行p型摻雜。通過(guò)XRD、XPS、SEM、TEM、BET等測(cè)試表征方法對(duì)材料晶型、成分、晶粒大小、形貌等性質(zhì)進(jìn)行表征。系統(tǒng)的研究了SnxTi1-xO2體系、SnO2/CuO-SnO2體系在VOCs、H2、H2S等具有還原性氣氛中的氣敏性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴所制備的介孔SnxTi1-xO2材料均為四方晶系金紅石型結(jié)構(gòu)，表征圖譜中顯示粉體形貌呈現(xiàn)珊瑚

3、狀結(jié)構(gòu)。珊瑚狀介孔SnxTi1-xO2納米材料中Ti4+以類質(zhì)同象的方式取代Sn4+進(jìn)入SnO2晶格內(nèi)，在XRD表征圖譜中沒(méi)有出現(xiàn)TiO2特征峰，通過(guò) XPS進(jìn)一步檢測(cè)分析，圖譜結(jié)果顯示復(fù)合粉體中含有 Ti元素。珊瑚狀介孔SnxTi1-xO2納米材料的晶粒大小在5.5~8.9之間，具有非常小的晶粒尺寸。珊瑚狀SnxTi1-xO2比表面積為60.59~64.38 m2/g，孔徑尺寸為14nm~20nm，孔容積為0.265~0.325 cm

4、3/g，具有非常大的比表面積，納米晶粒形成珊瑚狀團(tuán)聚并具有介孔結(jié)構(gòu)。Ti質(zhì)量含量為9.1％的SnxTi1-xO2在較低工作溫度（160℃）表現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能，對(duì)VOCs氣體如乙醇的響應(yīng)及恢復(fù)時(shí)間都在15s左右，對(duì)600ppm乙醇的靈敏度高達(dá)S=1842。相較純的SnO2，SnxTi1-xO2對(duì)H2的檢測(cè)濃度范圍廣（5-2000ppm），并在工作溫度為200℃時(shí)，對(duì)100ppm氫氣靈敏度高達(dá)S=19.6，具有較大的實(shí)用價(jià)值。⑵所制備的S

5、nO2和CuO-SnO2材料均為四方晶系金紅石結(jié)構(gòu)。采用Scherrer公式計(jì)算摻雜后的SnO2晶粒大小在9.6nm左右。SnO2材料的形貌呈現(xiàn)出珊瑚狀，晶格堆砌成介孔交聯(lián)結(jié)構(gòu)， SnO2-CuO-0.2, SnO2-CuO-0.5, SnO2-CuO-1.0， SnO2-CuO-2.0樣品的比表面積分別為72.97 m2/g，58.77 m2/g，49.72 m2/g，54.95 m2/g。通過(guò)系統(tǒng)的測(cè)試元件對(duì)乙醇、甲醛、H2S氣體的

6、氣敏性能，結(jié)果表明元件對(duì) H2S表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度，而對(duì)乙醇、甲醛靈敏度較低。其中元件SnO2-CuO-0.5在最佳工作溫度100℃時(shí)，對(duì)10ppm H2S靈敏度高達(dá)S=4173。本次試驗(yàn)中，當(dāng)摻雜量為0.5％時(shí)，元件表現(xiàn)出比其他摻雜比例元件更優(yōu)異的氣體性能，其最佳工作溫度較其他元件低80℃，對(duì)目標(biāo)氣體H2S靈敏度是其他元件6倍以上，當(dāng)摻雜CuO的量增加到2％時(shí)，元件靈敏度降低了很多，由此可見(jiàn)，摻雜可以引入晶格缺陷，但需要謹(jǐn)慎考慮摻雜量