氧化铟复合纳米材料的制备及其气敏性能研究
氧化铟(In2O3)作为一种优异的n型半导体材料，广泛的应用于气体传感器等领域。为提升材料性能，通常采用调控材料结构、组成及形貌的方法。本论文一方面将氧化铟与石墨烯复合，制备出具有室温响应的复合气敏材料;另一方面采用模板法，制备出了金负载的三维有序大孔结构(3DOM)氧化铟，并研究了其对乙醇的气敏性能。主要工作如下: 1.氧化铟-还原石墨烯(In2O3-rGO)复合纳米材料的制备及其在室温下对NO2气敏性能的研究。首先，通过改进的Hummers的方法制备氧化石墨烯，进而通过水热法使氧化铟纳米粒子生长在氧化石墨烯上，最后还原得到In2O3-rGO复合材料，并在室温下测试其对NO2的气敏性能。采用透射(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)等手段对In2O3-rGO进行了详细的表征。所制备的氧化石墨烯具有单层结构，复合材料表面氧化铟粒子分散均匀，粒径约为10nm。经水热及还原处理后，氧化石墨烯的还原程度增加。对不同石墨烯掺杂量的复合材料进行气敏测试，当石墨烯掺杂量为0.72％时，气敏性能最佳。在室温条件下，其对30 ppm NO2气体灵敏度达8.25，对其响应时间及恢复时间分别为4min和24 min，且对NO2气体具有优异的选择性。最后分析了In2O3-rGO对NO2的气敏响应机理。 2.金负载三维有序大孔结构氧化铟(Au-3DOM In2O3)的制备及其对乙醇气体的气敏性能研究。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)球为模板，In(NO3)3为铟源，制备出3DOM结构的In2O3。再将3DOM In2O3与HAuCl4混合，通过还原法制备出Au-3DOM In2O3。利用透射电镜(TEM)，扫描电镜(SEM)等观察到负载后的复合材料仍具有较为完整的骨架结构，负载的金纳米尺寸较为均一，约为5nm左右。通过EDS，ICP等表征手段对金纳米颗粒的负载量进行了分析，实际负载0.39％。小尺寸的金纳米颗粒与三维有序大孔结构的氧化铟结合，有效提升了对乙醇气体的气敏性能。在最佳工作温度230℃时，Au-3DOM In2O3对100ppm乙醇气体的气敏响应值提升到205，且响应(15s)/恢复(21s)时间均较短，选择性较好。通过TPSR研究了Au-3DOM In2O3对乙醇的气敏响应机理。
氧化铟;石墨烯;复合纳米材料;气敏性能
北京化工大学
硕士
化学
顾福博
2015
中文
TB332;TB383
82
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）