SnO2基氣敏材料摻雜改性的第一性原理研究

《SnO2基氣敏材料摻雜改性的第一性原理研究》是依託河南師範大學，由路戰勝擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：SnO2基氣敏材料摻雜改性的第一性原理研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：路戰勝
• 依託單位：河南師範大學

項目摘要

SnO2基氣敏材料被廣泛套用於有害、易燃、易爆氣體(如CO、H2S、NO、SO2等)的檢測中。純淨的SnO2在實際套用中存在對被測氣體的靈敏度低和選擇性差的問題。實驗研究表明金屬摻雜改性能提高SnO2基氣敏材料的靈敏度和選擇性，這也是SnO2基氣敏材料基礎研究和套用開發的熱點之一。通過第一性原理方法系統研究不同金屬摻雜的SnO2的原子和電子結構特徵，比較各種探針氣體小分子在未摻雜和摻雜SnO2表面吸附特性之異同。總結金屬摻雜改善SnO2靈敏度的規律及其內在機理。並通過兩種探針氣體小分子在SnO2表面的共吸附研究，揭示SnO2氣敏選擇性的內在機理。研究結果將為實驗研究和套用開發過程中SnO2基氣敏材料的金屬摻雜改性提供理論依據。

結題摘要

SnO2 是一種廣泛套用的氣敏材料，被廣泛地套用於多種氣體的的檢測中。項目組成員按照項目計畫書中規劃的研究內容、目標和方案開展了系列的研究工作。在項目的研究過程中，主要採用基於密度泛函理論的第一性原理計算方法，並結合第一性原理分子動力學模擬方法和從頭算原子熱力學方法(ab initio atomistic thermodynamics method)。積極發揮各種方法的優點。在研究了SnO2塊材及表面原子結構及電子結構特徵的基礎上，探索了不同金屬摻雜的SnO2體系的電子結構特徵和不同氣體分子的吸附特性研究，開展了兩種氣體分子的共吸附研究，部分地揭示了SnO2基氣敏材料的氣敏選擇的內在機理。相對於項目計畫書，我們不僅按照研究計畫研究了“兩種探針氣體小分子在SnO2表面的共吸附”，並進一步擴充研究了兩種氣體小分子在摻雜的SnO2表面的共吸附，發現了一些有趣的吸附特性。通過這些研究，我們發現純淨的SnO2(110)表面在氧分子存在的情況下能夠較為容易的將一氧化碳氧化成二氧化碳；部分地揭示了Pt等金屬摻雜促進SnO2氣敏活性的內在機理。我們還結合本校化學與化工學院實驗研究組的有關實驗研究，開展了SnO2表面相關的“表面反應控制與氣體擴散控制”研究。此外，結合課題組人員研究基礎及合作的實驗組的研究進展，開展了CeO2催化體系的硫化及硫中毒機理研究、Graphene體系的摻雜改性研究、基於YSZ的固體氧化物燃料電池的硫中毒機理研究等。 通過本項目研究工作的開展，通過項目組成員三年來的努力，項目研究基本達到了預期的研究目標，取得了一定的成果。總計在SCI期刊上發表項目資助學術論文20篇，其中Journal of Materials Chemistry A 1篇，Carbon 2篇，Physical Chemistry Chemical Physics 3篇，Sensors and Actuators B: Chemical 1篇，Journal of Power Sources 2篇，Journal of Physical Chemistry C 1篇，International Journal of Hydrogen Energy 2篇，Chemical Communications 1篇。培養碩士研究生6名（畢業3名），博士研究生3名（畢業2名）。