《金屬氧化物氣敏機理的第一性原理計算及實驗研究》是依託重慶大學，由曾文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬氧化物氣敏機理的第一性原理計算及實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曾文
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金屬氧化物氣體感測器在對居民生活和工業生產中有毒有害氣體的檢測發揮了重要作用。在氣體感測器的研究中，焦點集中在發展新型氣敏材料，以提高感測器各項性能。由於氣敏機理的諸多方面不明確，因此對於氣敏材料選擇性差，靈敏度低等問題難以解決，使氣敏材料在實用化方面受到極大限制。本項目突破傳統氧化物氣敏機理的普遍認識，基於氧化物的氣敏反應過程提出了三種氣敏敏感機制的研究，包括測試氣體直接與氣敏材料作用的敏感機制(非吸附氧敏感機制)，測試氣體與氣敏材料表面吸附氧作用的敏感機制(吸附氧敏感機制)，以及兩種方式共同作用的氣敏敏感機制。運用第一性原理計算，從原子構型及電子結構的角度驗證並分析對應的各種氣敏敏感機制，建立若干氧化物體系普遍適用的氣敏反應模擬機制，為氣敏材料研製中的氣敏性能分析及結果預測提供科學判據，並為解決氣敏材料研究中的關鍵問題提供新思路。
結題摘要
在氣敏感測器的研究中，焦點集中在發展新型氣敏材料，以提高感測器靈敏度、選擇性和穩定性、以及發展先進的製造技術以降低其成本，同時確保其可靠性、安全性和重複性等。由於缺乏普遍適用的氣敏機理模擬機制，目前氣敏材料的研發仍需要進行大量反覆的嘗試實驗。因此，如何有效準確地選取摻雜物以及分析摻雜物如何影響氣敏性能是在氣敏機理的研究中的兩個重要課題。而本項目的主要目的就是建立完整的氣敏機理模型，為進一步開發新型氣敏材料提供理論指導，並對氣敏測試中的各種實驗結果提供理論解釋。 本項目選取的氣敏材料研究體系是SnO2/TiO2，作為重要的半導體功能材料，SnO2-TiO2複合氧化物體系一直是國內外研究熱點。對於氣敏機理的研究，可將其作為n型半導體氧化物的代表，建立較為完整的氣敏機理模擬機制。本文首先製備出納米TiO2/Sn、SnO2/Ti以及Ti-Sn-O2粉體材料，測試材料在不同氣體環境下的氣敏性能，並基於第一性原理對氣敏材料表面原子結構及其氣體吸附性能進行理論計算，分別建立了銳鈦礦TiO2體系、金紅石SnO2體系以及Ti-Sn-O2固溶體體系的氣敏機理模擬機制，揭示SnO2、TiO2感測效應的本質。從原子結構及電子性能等角度分析了實驗現象，驗證了吸附模型解釋氣敏機理的可行性。
