纳米三氧化二铟气敏材料的制备及性能研究

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1、分类号：O643单位代码：10183无研究生学号：2013332132密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）无纳米三氧化二铟气敏材料的制备及性能研究StudyonsysnthesisandpropertiesofnanostructuredIn2O3gassensingmaterials作者姓名：何阳阳专业：物理化学研究方向：绿色功能纳米材料指导教师：赵旭教授培养单位：化学学院2016年6月纳米三氧化二铟气敏材料的制备及性能研究StudyonsysnthesisandpropertiesofnanostructuredIn2O3gassensingmaterials作者姓名：何阳阳专业名称

2、：物理化学指导教师：赵旭教授学位类别：理学硕士答辩日期：2016年6月4日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论本的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用。（但纯学术性使用不在此限）否Ｉ应当承担侵权的法律责任贝Ｊ。，吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明，是本人在指导教师的指导下，：所呈交学位论文独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中ｙｉ■明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：ｉ司巧Ｉ种日期：２０１６年＾月化日摘要纳米三氧化二铟气敏材料的制备及性能研究金属氧化物气敏材料具有价格低廉、制作简单、灵敏度高、稳定性好和响应恢复时间快等优越性能而被普遍用于环境保护、食品安全、室内环境、疾病诊断和安全预警等多个领域中。目前商品化的半导体金属氧化物气体传感器存在着许多缺点，如工作温度偏高、灵敏度低、恢复时间慢、选择性和稳定性差等，使得半导体气体传感器在实际的应用中受到限制。近年来，许多研究者为提高半导体气体传感器的气敏性能展开了大量的研究，主要从改变化学元素组成、贵金属表面修饰和

4、改变微观结构等方面。三氧化二铟是一种重要的气体传感材料，可被应用于检测各种有毒有害及易燃易爆等危险性气体，如一氧化碳、氢气、氮氧化合物、硫化氢等等。因此本论文通过不同的反应体系分别制备了In2O3纳米球和Ni掺杂的In2O3纳米粒子，系统地研究了材料的气体敏感特性，提高了对硝基烷烃和芳香烃气体检测的灵敏度和稳定性，减少了响应恢复时间。本文取得了以下的研究成果:利用乙二醇、1，3-丙二醇和乙醇的体系制备了In2O3纳米球。通过粉末X-射线衍射、扫面电镜、投射电镜、高分辨投射电镜、热重和X射线光电子能谱表征了In2O3纳米球的结构、形貌和热稳定性。获得的In2O3纳米球是由5nm左右的小粒子自组装

5、构成的，球的尺寸大约为200-300nm。在煅烧温度为300°C时，In2O3纳米球的结晶程度较弱，具有更多的表面缺陷，进而活性位点增加，吸附氧的含量增加，因此，对硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷的气敏性能优于煅烧温度为400和500°C的In2O3纳米球。140°C时，In2O3纳米球气体传感器对100ppm硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷的响应值分别是163、220和375。该传感器对三种气体都具有响应时间短（少于1s）、循环稳定性好（50次）和检测限低（100ppb）等优势。In2O3纳米球对爆炸性硝基化合物表现出的高响应特性，这主要是因为硝基的强吸电子作用和低工作温度。I芳香烃化合物是指苯及其

6、衍生物一类的化合物，作为一种重要的有机溶剂而被广泛应用于我们的日常生活和生产中。但是探测低浓度的芳香烃化合物仍然是一个艰巨的任务，这是因为其化学惰性和空间位阻大大阻碍了其与敏感材料表面之间的作用。用溶剂热法合成了纯In2O3和Ni掺杂的In2O3纳米粒子，450°C煅烧处理后，所得Ni掺杂的In2O3纳米粒子的结晶程度较弱。随着煅烧温度的增加，晶型向立方相In2O3转变，并未出现任何Ni及其化合物的特征衍射峰。由投射电镜可以观察到，Ni掺杂的In2O3纳米粒子的晶粒尺寸大约为20-30nm，从高分辨投射中可观察到由于Ni的存在使样品的晶体聚集生长受到了限制。从X射线光电能谱数据可以得出Ni掺杂

7、的In2O3纳米粒子的吸附氧含量高于纯In2O3纳米粒子，并得出Ni进入In2O3纳米粒子的晶格中，形成了稳定的置换固溶体。Ni掺杂的In2O3纳米材料对芳香烃具有优异的气敏性能，对苯、甲苯和二甲苯的高响应值分别是42、18和34，而且该传感器对三种气体的响应速度快(少于1s)、工作温度低(200°C)和检测线低（100ppb）等优势。该材料制得的气体传感器在检测芳香烃化合物方面具有潜在的应用。关