《氣敏和光催化功能氧化鎢納米材料的改性設計及機制》是依託北京化工大學，由白守禮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氣敏和光催化功能氧化鎢納米材料的改性設計及機制
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：白守禮
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
n-型半導體氧化鎢具有本徵非化學計量性和較窄禁帶，經改性後提高氣敏和光催化活性的潛能巨大。本項目著重研究納米結構WO3晶體的性能對結構敏感性、改性設計及其機制。採用低溫水熱和常溫超聲法合成不同形貌、高比表面的納米結構WO3；通過摻雜或表面修飾調控其晶體結構，增加表面對氣體的吸附和反應活性；在石墨烯骨架上負載或併入WO3，加速電荷遷移；以兩種半導體藕合的異質結構調控能帶，提高光生電子和空穴的分離；合成有機導電高聚物和WO3的複合材料，發揮有機和無機組分的疊加或協同效應，實現WO3功能材料的最最佳化套用。採用L-H 反應機理對暫態氣敏數據進行模擬，研究感測器的應答和恢復可逆性及感測速率隨氣體濃度的變化規律；利用基於密度泛函的第一性原理計算材料改性前後的能帶結構、態密度和電子布居變化，以揭示WO3氣敏和光催化作用機理及其改性的機制，進而用於材料研製過程中的性能預測及結果分析。
結題摘要
n型半導體氧化鎢具有本徵非化學計量性和較窄禁帶，對環境有毒氣體(如二氧化氮)有氣敏回響並作為光催化和光電催化劑具有巨大潛力，但是，單一的金屬氧化物氣敏溫度高並選擇性差，不能滿足當前實際需要。本項目採用設備簡單、條件溫和的溶液基方法，採用矽球、介孔分子篩和金屬有機骨架為模板來可控合成不同結構、形貌、大比表面、多孔和結構穩定的三維分級微/納米結構的金屬氧化物，達到“結構最佳化”，增強氣體的吸附、擴散和反應活性；另一方面，對基質材料進行修飾、採用摻雜不同金屬元素和與其他半導體金屬氧化物進行複合，構建具有n-n 和p-n異質結的複合材料，進一步“功能化”來提高材料對二氧化氮和VOCs氣敏性能。為了提高材料的比表面和導電性能，本項目也採用石墨烯與半導體金屬氧化物進行雜化提高其氣敏性能。 為了研製節能、安全和長壽命的室溫氣體感測器，採用溶液基的原位化學氧化聚合製備導電高分子，聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩及其衍生物；利用各種不同溶液基方法製備半導體金屬氧化物，將導電高分子-無機金屬氧化物進行雜化，並且用柔性的有機PET薄膜做基質將雜化物負載在基質上構成不同的p-n異質結氣敏材料，並研製靈巧的氣體感測器能在室溫下操作，不僅對環境中有毒氣體NO2和揮發性有機化合物在室溫下具有高的靈敏度，好的選擇性和低的檢測極限，而且感測器具有柔性、透明、輕巧、低成本和可攜帶的特點，為當前發展的可穿戴電子元件打開視窗。對感測器的氣敏機制進行了深入討論，如對n型金屬氧化物半導體從空氣中氧分子的吸附和在混合氣體中吸附氧和目標氣體的反應來討論耗盡層的變化；對p型半導體主要從材料表面孔隙累積層厚度的變化進行討論；對無機-有機複合氣敏材料從他們間的協同效應，p-n異質結界面形成能帶彎曲和主載流子耗盡層的變化來討論其敏感機制。
