rGO_CoTiO3复合材料的制备及其气敏性能研究

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1、：１０７０８论文分类号：１学校代码学号：１５０２０３５ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒ’ｓＤｅｒｅｅｇｒＧＯ／ＣｏＴｉＯ３复合材料的制备及其气敏性能研究贾娜指导教师姓名：卢靖讲师学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：rGO/CoTiO3复合材料的制备及其气敏性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学

2、院硕士生：贾娜导师：卢靖讲师2018年5月StudyonSynthesisandGasSensingPropertiesofrGO/CoTiO3CompositesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByNaJiaSupervisor:LecturerJingLuMay2018rGO/CoTiO3复合材料的制备及其气敏性能研究摘要钛酸

3、钴作为半导体型气敏材料具有灵敏度高、响应快、稳定性好等优点，但其工作温度偏高造成了能量消耗和气敏装置的复杂化，这极大的限制了它的应用和发展。如何有效地提升钛酸钴气敏性能，同时降低其工作温度，是本课题重点研究的问题。本论文采用溶胶-凝胶法，以Co(NO3)2·6H2O和Co(CH3COO)2·4H2O为钴源，Ti(OC4H9)4为钛源，先制备CoTiO3纳米晶、介孔CoTiO3纳米晶和CoTiO3多孔微米棒。在此基础上，将CoTiO3与氧化石墨烯（GO）复合，获得不同微结构的rGO/CoTiO3异质气敏材料，研究不同工艺参数对所得产物的结构、形貌及气敏性能的影响

4、，得出如下结论：（1）当硝酸钴和钛酸丁酯摩尔配比为1:1，溶胶pH值为2~5，常压650°C煅烧2h，得到平均粒径100nm的多边形CoTiO3纳米晶。加入模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（P123）后，制备出介孔结构CoTiO3纳米晶。将溶剂变为乙二醇，热处理温度提高到700°C，得到多孔的六棱柱状微米棒结构CoTiO3。CoTiO3纳米晶、介孔CoTiO3纳米晶、微米棒结构CoTiO3三种材料对10ppm乙醇的灵敏度分别是2.2、6.22、7.23，响应与恢复时间分别是1s/10s、1s/7s、1s/1s，工作温度分别是360°C、32

5、2°C、334°C。（2）采用溶胶-凝胶法制备rGO/CoTiO3纳米晶复合材料，发现原料中GO含量、超声功率和N-甲基吡咯烷酮（NMP）用量对材料的微结构和性能有重要影响。随着GO含量的增加，复合材料的导电性明显提升，对乙醇的响应先增大后减小。溶剂影响到rGO与CoTiO3的结合方式和强度。超声工艺使rGO片层分散充分，CoTiO3在rGO表面分布更均匀，有利于气敏性提升。气敏性最佳rGO/CoTiO3纳米晶复合材料的制备工艺是：GO质量分数3.9wt%，超声功率240W，NMP含量20mL，在气氛炉650°C下热处理2h。该工艺所制备的rGO/CoTiO3

6、工作温度为195°C，对10ppm乙醇的灵敏度为5.5，响应与恢复时间均为1s。与纯的CoTiO3纳米晶相比，复合材料的工作温度降低了165°C，对10ppm乙醇的灵敏度增大了1.5倍，同时恢复时间缩短了8s。I（3）通过改进rGO与CoTiO3的复合工艺，合成出rGO/CoTiO3多孔微米棒复合气敏材料，其工作温度为295°C，对10ppm乙醇的灵敏度为32.2，响应、恢复时间均为1s。其气敏性能比纯的CoTiO3多孔微米棒的工作温度降低了39°C，对10ppm乙醇的灵敏度提高了3.5倍。（4）rGO/CoTiO3复合材料在较低工作温度下优异的气敏性与材料的

7、以3+下结构特征有关：1）石墨烯低温下高电导率；2）Ti催化气体吸附/脱附作用和气敏过程的氧化还原反应；3）Co-O-C键促进载流子的快速传输；4）p-p异质结促进载流子的有效分离和传输；5）多孔结构使材料具有大的比表面积和较多的活性吸附位点。关键词：rGO/CoTiO3复合材料，溶胶-凝胶法，气敏性，低温工作IIStudyonSynthesisandGasSensingPropertiesofrGO/CoTiO3CompositesABSTRACTCobalttitanate(CoTiO3),asasemiconductorgassensingmateria

8、l,hasadvantagesofhi