《一維納晶金屬氧化物感測器檢測環境有毒氣體及機制》是依託北京化工大學，由陳靄璠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：一維納晶金屬氧化物感測器檢測環境有毒氣體及機制
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳靄璠
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氮氧化物和揮發性有機物（VOCs）是環境主要有毒氣體，又是產生光化學污染的前體物，隨著工業迅速發展和汽車保有量的增加，它們對環境的污染也日趨嚴重。本項目採用溶膠凝膠、水熱和微乳液法合成一維納米晶體SnO2和ZnO氣敏材料，表征材料的晶型、結構、形貌和顆粒尺寸，通過最佳化製備條件和參數獲得高性能感測器材料，用微電子加工技術和低溫一步電化學沉積製備高靈敏度、能快速線上檢測環境有毒氣體（NO2、VOCs）的新型化學感測器，具有成本低，操作條件溫和、清潔等優點，是目前新一輪化學感測器的研究熱點和前沿。通過摻雜金屬元素或氧化物的表面修飾，進一步提高感測器的氣敏性能。從材料表面的吸脫附性能、表面能態和能級分布以及化學/電子的疊加效應研究感測器的敏感機制和摻雜質的作用。
結題摘要
氮氧化物和揮發性有機化合物是環境主要污染氣體，又是產生光化學煙霧的前驅體，隨著經濟的迅速發展和汽車保有量的增加，它們對環境污染也日益嚴重。本項目研究的半導體金屬氧化物由於其非化學計量性，對氧化性和還原性有毒氣體都有敏感回響。我們以溶液基的不同方法如化學沉澱法，溶膠凝膠法，微乳液法，超聲法，水熱法，微波水熱法和靜電紡絲法等已合成了不同納晶形貌的一維和二維SnO2，ZnO，WO3和MoO3 nanorods 和 nanosheets。一維納米晶體由於其有大的表面與體積比，徑向電子遷移速度快，並且在焙燒過程中不易團聚的優點，所以一般具有較高的氣敏性能。另外，一維納米晶體可以在不同表面活性試劑的結構誘導下自組裝構建微納米分級結構的半導體金屬氧化物，由於其多孔和大比表面，有利於氣體的擴散和遷移，以進一步提高金屬氧化物對有毒氣體的敏感性能。然後通過金屬元素如Sb和貴金屬Ag，Pd的摻雜和不同金屬氧化物表面修飾或兩種半導體金屬氧化物通過不同方法複合，構造p-n，n-n和p-p異質結複合物氣敏材料，提高了對NO2，CO，甲醛，甲苯等有毒氣體的靈敏度和降低了氣敏元件的操作溫度和監測極限，並研究了摻雜方法，摻雜元素種類和摻雜量對不同有毒氣體的最佳操作溫度和氣敏性能影響。以XRD，SEM，TEM，HRTEM，EDX，FTIR，UV-vis，PL，TG-DTA，XPS等各種分析手段，表征了氣敏材料的結構，形貌，比表面，熱穩定性，元素組成，元素價態，元素間的電子相互作用和複合物中元素間的互補和協同效應。將材料製成不同結構的氣敏元件，在靜態和自動控溫的流動測試裝置中測定材料對不同有毒氣體，如NO2，甲醛，甲苯和其他揮發性有害氣體的氣敏性能，包括靈敏度，選擇性，應答和恢復時間，氣體濃度和敏感元件的操作溫度對靈敏度的影響，求得最合適的操作溫度，以及從靈敏度和氣體濃度的線性關係中求得檢測極限，並在最佳操作溫度下的暫態應答數據套用氣固相反應機理模擬回響時間與氣體濃度間的定量關係，達到靈敏的，選擇性的檢測環境中微量有毒氣體。從監測氣體的吸脫附性能，半導體金屬氧化物的禁頻寬度和能帶結構探討了n-n，p-n和p-p異質結提高氣敏的機制。
