摻雜稀土對SnO2一維納米材料氣敏性能的影響及機理研究

《摻雜稀土對SnO2一維納米材料氣敏性能的影響及機理研究》是依託雲南大學，由趙鶴雲擔任負責人的國家自然科學基金專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：摻雜稀土對SnO2一維納米材料氣敏性能的影響及機理研究
• 負責人：趙鶴雲
• 依託單位：雲南大學
• 項目類型：專項基金項目

項目摘要

本項目研究稀土摻雜SnO2一維納米材料(SnO2納米棒、納米線等)的合成以及稀土摻雜SnO2一維納米晶體生長機理；研究稀土摻雜對SnO2一維納米材料氣體敏感性能的影響；對稀土離子摻雜SnO2一維納米材料的晶體結構、電子結構、表面氣體吸附及光學性質等進行理論計算研究；在理論計算和實驗結果基礎上，研究稀土摻雜SnO2一維納米材料的晶體結構、電子結構和表面氣體吸附與氣體敏感性之間的關聯性，設計合成具有較好氣體敏感性和選擇性的稀土摻雜SnO2一維納米氣敏材料。.通過研究，可獲得稀土摻雜對SnO2一維納米材料氣敏性能、氧化還原性能等的影響及機理，得到稀土摻雜與SnO2一維納米材料氣敏性之間的關聯性，對解決納米技術如何與傳統技術結合，把一維納米材料更好地套用於感測技術領域、發揮其性能優勢等方面的問題具有重要意義。

結題摘要

二氧化錫(SnO2)是一種寬禁帶n型半導體氧化物(它的禁頻寬度為3.6eV)，由於具有化學穩定性好、氣體靈敏度高和成本低等優點，是眾多金屬氧化物中研究最廣泛和最有套用前景的氣敏材料。但是SnO2作為氣敏材料存在有限的最大靈敏度、工作溫度高、缺乏長期穩定性和選擇性差等一些缺點。到目前為止，如何提高SnO2氣敏元件靈敏度及選擇性等問題仍然是實際套用面臨的挑戰。為了改進提高SnO2的氣體敏感性能，材料納米化和稀土摻雜是兩種基本途徑。本項目主要研究了採用水熱法合成一維納米SnO2、稀土摻雜一維納米SnO2的工藝與技術、一維納米SnO2納米材料的氣體敏感性能、晶體生長機理以及氣體敏感性能增強機制等內容。研究發現了一種不使用表面活性劑、預沉積SnO2種籽層和基底層、或添加催化劑等輔助條件成功製備了無支撐SnO2納米棒有序陣列的水熱合成方法。並通過研究前驅體溶液濃度、pH值、合成溫度、晶體生長時間等對SnO2納米棒有序陣列的影響，獲得了SnO2納米棒有序陣列的晶體生長規律，提出了一種SnO2納米棒有序陣列晶體生長的新機制——SnO2納米棒有序陣列首先通過Ostwald ripening 機制形成層狀納米SnO2，再通過原子原位定向生長最終形成SnO2納米棒有序陣列的生長機制。研究了稀土摻雜SnO2一維納米陣列的水熱法合成技術，探討了摻雜稀土對SnO2納米棒有序陣列的影響，研究發現摻雜稀土對SnO2納米棒的生長具有抑制作用，有利於獲得具有較高比表面積的SnO2納米棒有序陣列；系統研究了SnO2納米棒有序陣列及稀土摻雜SnO2納米棒有序陣列作為氣體敏感材料的氣體敏感性能及機理，研究發現SnO2納米棒有序陣列對異丙醇、酒精及丙酮氣體具有高靈敏度、高選擇性和較低的氣體濃度檢測限，且穩定性好；研究了摻雜稀土對SnO2納米棒有序陣列的氣體敏感性能的影響，獲得了稀土Ln (Ln=La, Nd, Ce, Sm)摻雜影響SnO2納米棒有序陣列氣體敏感性能的重要實驗結果。採用計算材料的Material Studio軟體，理論計算納米SnO2及稀土摻雜納米SnO2的晶體結構、電子結構、表面氣體吸附，電子轉移等，研究了SnO2及稀土摻雜納米SnO2的晶體結構、電子結構和表面氣體吸附與氣體敏感性之間的關聯性，從理論上探討了納米SnO2及稀土摻雜納米SnO2氣體敏感機理。