《Pt/Pd表面修飾WO3/SiO2納米片生長機理及氫敏性能研究》是依託武漢理工大學，由代吉祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Pt/Pd表面修飾WO3/SiO2納米片生長機理及氫敏性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：代吉祥
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於採用的感測信號是電信號，傳統的電化學氫氣感測器在安全性和選擇敏感性方面仍然存在一些難以克服的問題。光纖氫氣感測器採用光信號作為感測信號具有本質安全性，由於氫氣敏感材料性能的限制而難以得到套用，因此製備具有優良氫氣敏感性能的敏感材料是實現光纖氫氣感測器套用的關鍵所在。本項目提出Pt/Pd表面修飾WO3/SiO2納米片薄膜作為氫氣敏感材料，研究其生長機理。利用光纖光柵作為敏感元件研究其氫氣回響機理和氫氣敏感性能。通過探索新型氫氣敏感材料的微觀結構與氫氣敏感性能的關係，闡明氫敏材料製備工藝、微觀結構和氫敏性能的內在關在線上理。研究該類新型氫敏薄膜的成分、微觀結構、溫度、濕度與氫敏特性之間的基礎理論，探索通過控制氫氣敏感材料的成分和微觀結構，以製備出在常溫下具有優良氫氣敏感性能薄膜材料的關鍵技術，使氫氣敏感材料在常溫下的靈敏度、最低檢測極限、選擇性和穩定性有所突破。
結題摘要
根據本項目研究結果，確定了氫敏材料成分、微觀結構和氫敏性能的內在聯繫，實現氫敏性能的可控制備。通過製備不同成分和不同形貌的WO3/Pt納米片，同時合成了Pt和Pt/Pd表面修飾WO3/SiO2氫敏材料。通過在WO3中摻雜SiO2可以提高敏感材料的壽命，當氫氣中敏感材料Pt: W: Si為2: 10:1時，氫氣敏感材料具有較好的穩定性，並且靈敏度較高。在連續30天近600次1000ppm氫氣重複性測試中，敏感材料仍然具有較好的穩定性。當敏感材料Pt: Pd: W: Si為2: 4:10:1時，敏感材料的回響能力降低。催化劑中引入Pd後回響時間變長，低濃度氫氣回響能力變差，主要是Pd含量的增加會降低敏感材料的回響能力，因此催化劑Pt就可以保證敏感材料的選擇性和穩定性。 測試了WO3在催化劑作用下分別與氫氣和氧氣反應過程中釋放熱量的大小，結合XPS分析WO3反應前後的價態變化。測試結果表明在與氫氣反應時放出整個過程的較少熱量，與氧氣反應放出大部分熱量並生成水，實驗結果表明WO3氫氣反應機理為H+和e-雙注入模型。該實驗結果為解決WO3氫氣反應機理提供了新的證據，並為提高WO3基氫氣敏感材料的性能提供了新的理論依據。 設計了新型光纖氫氣檢測系統，以表面富集Pt的WO3-Pd2Pt-Pt複合薄膜作為敏感材料，通過光加熱系統可以去除敏感薄膜中的吸附水，使基於WO3-Pd2Pt-Pt複合薄膜的光纖氫氣感測器的性能有重要突破：在空氣中最低檢測極限可以達到20ppm，解析度可以達到5ppm；在氮氣氣氛中該感測系統最低檢測極限可以達到10ppm,解析度可以達到幾十ppb。該感測系統指標均優於國內外已報導的同類型氫氣感測器，並且具有較好的抗干擾能力。最新的感測系統，空氣中解析度可以達到2ppm,最低檢測極限可以達到6ppm。經過進一步最佳化薄膜膜繫結構和光路系統，可以進一步提高感測系統性能，相關結果為製備高靈敏度光纖氫氣感測器提供了新方法。
