《基於新型多孔金屬氧化物的增強型氣敏感測器設計》是依託北京化工大學，由王志華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於新型多孔金屬氧化物的增強型氣敏感測器設計
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王志華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新型多孔金屬氧化物由於具有孔道豐富、比表面積大、孔隙率高等特點，為實時監測有毒有害氣體的增強型氣敏感測器設計提供了基礎。本項目將採用模板法、水熱法等技術製備不同種類的多孔金屬氧化物，通過對材料孔徑分布的可控調節研究不同孔徑對於材料氣敏回響、氣敏選擇性的影響，深入分析材料多孔結構及表面組成與其氣敏性能的關係，以增強氣敏元件性能為導向最佳化材料結構。通過貴金屬負載/摻雜、表面缺陷調控，增強材料與貴金屬的相互作用，增加材料表面活性位點數目，提高材料氣敏回響，降低材料氣敏工作溫度。通過表面功能化修飾，利用材料表面各類修飾基團與待測氣體之間的相互作用，實現材料的定向選擇性檢測。藉助原位表征手段線上分析待測氣體在材料表面的吸脫附物種，推測材料與待測氣體的相互作用過程，從原子水平上理解氣敏回響機制。項目研究結果有利於確定真實的氣敏回響機理，為氣敏元件的實際套用提供理論支持，促進環境檢測技術的發展。
結題摘要
本項目針對感測材料仍然面臨著靈敏度低、工作溫度高、穩定性差等關鍵問題，發展工藝簡單環保節能的製備孔道豐富比表面積大孔隙率高的納米金屬氧化物方法，開發了提高材料感測性能的技術，通過元素負載摻雜、高溫退火、氣氛處理、材料複合等改性方法進行材料表面功能化修飾，對不同種類金屬氧化物感測材料的形貌、表面缺陷和活性物種含量進行精細調控，最佳化設計了增強型金屬氧化物感測器，深入分析材料多孔結構及表面組成與其氣敏性能的關係，從原子水平深入解釋金屬氧化物的感測機制，為增強型納米金屬氧化物感測器實際套用提供了技術支持和理論依據。創新點主要有：①針對多孔金屬氧化物的種類還不夠豐富，三維有序大孔氧化物等材料在氣敏感測方面套用少的現狀，通過最佳化實驗條件，實現了比表面積大、孔徑分布均一的不同種類多孔金屬氧化物的可控制備，通過貴金屬負載/摻雜、表面缺陷調控對材料進行改性研究，材料使用穩定性好，將它們運用於氣敏感測器的設計既具有方法創新也具有套用創新；②針對半導體金屬氧化物感測元件的選擇性不理想，往往不能對某一類氣體達到專一回響的現狀，通過最佳化材料形貌尺寸和孔道結構，研究多孔材料與摻雜/負載金屬相互作用，以增強氣敏元件性能為導向修飾金屬氧化物材料，增加材料表面活性位點數目，提高了材料氣敏回響和對於待測氣體分子的選擇性，降低材料氣敏工作溫度，有利於氣敏元件的實際套用。成果的科學意義體現在：①改進/開發了高性能一維（棒、線狀）、二維（多孔膜結構、納米片）、三維多孔結構的半導體氧化物及摻雜複合感測材料的可控制備方法；②拓展了電阻型金屬氧化物感測分析方法，構建了一系列選擇性穩定性好的氣體感測器，實現低溫/室溫條件下對低濃度甲醛、丙酮、乙醇、二甲苯、三乙胺、H2、NO2、CO等有毒有害物質高靈敏快速定向檢測。
