钴基金属氧化物气敏材料的制备及性能研究

《钴基金属氧化物气敏材料的制备及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文钴基金属氧化物气敏材料的制备及性能研究硕士研究生：杨炳霞指导教师：刘婧媛副教授学科、专业：化学工程与技术论文主审人：景晓燕教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文钴基金属氧化物气敏材料的制备及性能研究硕士研究生：杨炳霞指导教师：刘婧媛副教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:

2、ADissertationfortheDegreeofM.EngPreparationandPropertiesofCobaltbasedMetalOxideGasSensitiveMaterialsCandidate:BingxiaYangSupervisor:Prof.JingyuanLiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemistryEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Jan.2018Da

3、teofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程

4、大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨

5、工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要近年来，金属氧化物基纳米材料受到广泛关注，由于其优异的电化学性质以及低成本等优点在超级电容器、传感器、电化学等领域范围内展现出非常可观的应用前景。其中，在检测有毒有害性气体方面，受到了普遍的研究。传统一元金属氧化物基气敏元件普遍存在操作温度高、响应/恢复时间长、稳定性不好等缺陷。为了进一步提高材料的气敏性能，本论文以材料复合为出发点，设计一系列复合材料实验，主要采用两步法-高温退火技术相结合的纳米材料制备工艺合成了α-Fe2O3/C

6、o3O4、双层Co3O4和Pt/Co3O4三种多元金属氧化物复合材料。主要内容如下：采用简单的两步法结合高温退火技术合成了Co3O4纳米颗粒修饰花状α-Fe2O3微球。均匀分散的花状α-Fe2O3微球直径为1.1-1.2μm，由厚度为50nm的花瓣纳米片自组装形成，大量的Co3O4纳米颗粒修饰在α-Fe2O3纳米片表面。气敏测试结果显示：在最优工作温度170ºС下，α-Fe-62O3/Co3O4复合基传感器对体积浓度为100×10乙醇的灵敏度为16.1，是α-Fe2O3花状球传感器灵敏度的两倍。此外，它的响应/恢复时间

7、是3.3s/5.4s，相比纯α-Fe2O3传感器的响应/恢复时间显著降低。α-Fe2O3/Co3O4复合材料的气敏性能提高主要是由于花状α-Fe2O3微球的独特分级结构具有大比表面积，提供大量的反应活性位点，纳米片的多孔结构有利于气体扩散，以及n型α-Fe2O3和p型Co3O4之间的协同效应。利用钴基金属有机骨架ZIF-67为硬模板进行两步反应与煅烧处理合成了双层Co3O4中空纳米笼。通过SEM与TEM表征分析样品的形貌与微观结构，产物具有双层空心十二面体形貌结构，直径约为450nm。所得到的双层Co3O4中空纳米笼用

8、于气体传感器，与单层Co3O4纳米笼相比，它对丙酮具有优异的气体敏感性能，在最优工作温度160ºC下，对体积浓度为100×10-6丙酮的气体响应达到41.9。气敏性能的提升归因于其优异的分级双层空心结构：大比表面积和排列规则的纳米孔道，以及存在的氧空位缺陷。双层Co3O4中空纳米笼气敏材料被证明是构建各种高性能丙酮传感器应用的绝佳