au纳米粒子对zno分级结构

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1、Au纳米粒子对ZnO分级结构摘要：采用化学浴法制备了花形ZnO纳米棒簇，将平均粒径约40nm的Au纳米粒子引入ZnO表面得到不同Au修饰量的Au/ZnO复合结构.Uvvis吸收光谱表明，在Au和ZnO之间存在着作用力使Au的吸收光谱产生红移，这种作用力的存在使复合结构的气敏性能得到了较显著的改善.当Au修饰的质量分数为6%时，复合材料的气敏性能最高，对丙酮气体的灵敏度较纯ZnO提高了约17倍.关键词：花形ZnO棒簇；Au纳米粒子；表面修饰；气体传感器中图分类号:0614.4;TQ174.758文献标识码：A近年来，对丙酮的检测具有越来越重要的应用价值，首先，在医学

2、上可以通过标定人体呼出气体中的丙酮含量来迖到检测糖尿病的目的[1-2]，其次，在食品工业中，通过检测鱼肉类食物所释放出丙酮气体的多少可以确定其新鲜度[3-4].简单金属氧化物半导体气敏陶瓷材料（SnO2,ZnO和Fe203等）在一定条件下可以实现对有毒、有害气体的检测[5-7]，当被测气体与涂有这些氧化物的元件表面接触时，被测气体与吸附在金属氧化物表面的氧气发生氧化还原反应，从而引起元件电导率的变化，利用这一特点可以实现被测气体的检测工作.然而，对于此类气体传感器而言，普遍存在着灵敏度偏低且选择性欠佳的问题.氧化锌是迄今为止最重要的电阻型半导体气敏材料之一[8].

3、近年来，通过对ZnO基体材料进行不同的修饰来提高ZnO性能的研究日益增多.研究发现使用贵金属修饰（如Ag，Au,Pd等）可显著提高其性能，如Ag/ZnO的纳米结构是具有优良的光催化特性，能快速降解有机污染物[9];Au/ZnO具有出色的光催化活性及锂电存储能力[10].贵金属修饰可以在ZnO表面形成活化中心，有利于提高被测气体在其表面的吸附和氧化还原能力，从而实现提高其气敏性能的目的.本文采用化学浴法制备了尺寸均一、形貌规整的分级ZnO纳米棒簇，采用水热法在氧化锌表面均匀修饰纳米Au粒子，系统研究了Au纳米粒子修饰对材料气敏性能的影响，并对其气敏机理进行了分析讨论

4、.湖南大学学报（自然科学版）2013年第6期刘艳丽等：Au纳米粒子对ZnO分级结构的气敏特性影响1实验实验过程中使用的试剂均为分析纯，使用时不需进一步纯化，所用水均为二次去离子水.氯金酸购于中国医药集团，其他化学试剂均购于北京化学试剂公司.1.lZnO分级纳米棒簇的制备将10mL的去离子水和1mL1mol/L的ZnS04•7H20溶液混合均匀后，在不断搅拌下依次加入1.5mL4mol/L的NH3•H20和2mL乙醇胺水溶液（C2H7N0,体积比为50%）,混合均匀得到澄清的溶液，将该溶液于85°C水浴中静置，10min后，溶液开始浑浊，40min后反应完成.将得到

5、的白色产物分别用去离子水和无水乙醇洗涤数次，80°C下真空干燥6h得ZnO粉体材料.1.2Au纳米粒子在ZnO表面的修饰将30mg上述步骤得到的ZnO粉体和20mL去离子水混合，搅拌10min后，依次加入一定体积的0.02g/mL的HAuC14•6H20溶液和1mL无水甲醇，用0.01mol/LNaOH溶液调节反应液的pH=7〜8，缓慢搅拌1h后，将该混合液转移至50mL不锈钢反应釜的聚四氟乙烯内衬中，封闭反应釜，置入烘箱中120°C保温1h，自然冷却至室温.终产物分别用去离子水和无水乙醇洗3次，80°（3真空干燥6h得纳米Au修饰的ZnO粉体材料.为了研究不同A

6、u修饰量对ZnO气敏性能的影响，分别制备了Au质量分数分别为2%，6%和10%修饰的ZnO粉体材料.1.3样品的表征产品的物相和纯度使用RigakuD/Max2400型转靶全自动X射线粉末衍射仪（XRD）表征；扫描电镜照片（FESEM）和能谱数据（EDS）测自HitachiS4800冷场发射扫描电子显微镜；紫外/可见吸收光谱测自HitachiModelU4100固相紫外/可见/近红外吸收光谱仪.1.4气敏元件的制备与气敏性能的测试按传统方法［11］将所制得的ZnO和纳米Au修饰的ZnO粉体制成旁热式烧结型元件.材料的气敏性能测试采用静态配气法，在WS30A气敏元件

7、测试系统(炜盛电子有限公司)上进行测试，对于n型半导体在还原性气体中，灵敏度通常定义为S=Ra/Rg.2结果与讨论2.1物相结构分析及表面形貌表征为ZnO和质量分数为6%的Au纳米粒子修饰后ZnO的SEM照片.从图1(a)可以看出，本实验所得到的ZnO为棒状纳米团簇所形成的花状结构.图1为样品局部放大的SEM照片，从图1(b)可以看出，所得花形ZnO的花瓣表面光滑，单个花瓣由多个纳米棒相互连接成发散状花形组合.图1(c)和1(d)分别是质量分数为6%Au纳米粒子修饰后ZnO的FESEM和高倍FESEM照片.从图中可以看出，Au纳米粒子均匀地分散在ZnO表面，平均粒

8、径为40n