介晶氧化铜的激光合成及其气敏性能研究

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1、介晶氧化铜的激光合成及其气敏性能研究LaserSynthesisofmesocrystalcupricoxideforgassensing学科专业：材料学研究生：李喆指导教师：杜希文教授天津大学材料科学与工程学院二零一五年十二月摘要介晶是由纳米颗粒单元通过自组装形成的一种非传统材料，它具有比表面积大、多孔等一些显而易见的特点，因此，在过去几年介晶材料被广泛地应用于光催化、锂离子电池领域。基于介晶材料具有适中的电传导性以及大量的表面缺陷，其在气体探测领域有很大的应用前景，但是迄今为止仅有少量的研究工作将介晶材料应用于气敏领域，而

2、且因为在合成介晶材料的过程中需要加入模板来引导纳米颗粒的有序组装导致介晶材料并没有获得如预期的那么高的气敏性能。激光液相烧蚀是一种绿色、简单、快速地制备材料的合成工艺，它可以产生极端非平衡的合成亚稳相材料的环境。本实验通过激光液相烧蚀首先合成出十分稳定的Cu2O纳米颗粒胶体溶液，然后通过测试胶体溶液的zeta电位变化以及观察其自组装过程证明后续的氧化逐渐减弱Cu2O纳米颗粒表面电荷，由于CuO不同晶面的原子分布不同产生有序的静电力场诱导其逐渐发生自组装合成出高度有序的具有清洁表面的介晶CuO。将介晶CuO应用于CuO材料常见的

3、乙醇气体探测中，测试结果表明，相比于其它各种结构的CuO材料，介晶CuO表现出最高的灵敏度，最好的选择性，最短的恢复时间。密度泛函理论计算表面，介晶CuO比单晶和多晶CuO更易于吸附氧气分子从而产生更厚的耗尽层从而获得突出的气敏性能。我们的实验结果证明介晶材料对开创新一代气体传感器有很大的潜力。关键词：介晶、气体探测、脉冲激光烧蚀、无模板、耗尽层ABSTRACTMesocrystalisknownasanunusualmaterialderivingfromtheself-assemblingofnanoparticlesan

4、dendowedwithsomeobviouscharacteristicsincludinghighspecificsurfacearea,poreaccessibility;thus,variouspotentialapplicationssuchasphotocatalysis,lithium-ionbatteries,havebeenextensivelyreportedonmesocrystalsinthepastfewyears.Onthebasisofthemoderateelectricalconductivi

5、tyandhighdensityofsurfacedefects,mesocrystalisintrinsicallyappropriatetogassensingapplications.Nevertheless,fewworksreportedthegassensorsbasedonmesocrytalmaterialssofarandtheirgassensingperformanceisnotashighasexpected,whichmayarisefromtheexistenceofacontinuousmatri

6、xfordirectingtheorderedgrowthasatemplate.Pulsedlaserablationinliquid(PLAL)isknownasagreen,simpleandrapidtechniqueforthesynthesisofmaterials,itcancreateanextremelynon-equilibriumenvironmenttoproducemetastablephases.Herein,weemployedPLALmethodtosynthesizetemplate-free

7、mesocrystals,wherecolloidalCu2Onanoparticleswithhighstabilitywerefirstgeneratedbylaserablation,anditprovesthattheirsurfacechargewaspartiallyeliminatedthroughoxidizationbytestingthezetapotentialandobservingtheself-assemblingprocess,thedifferentatomicdistributionofCuO

8、differentcrystalplaneleadingtoaorderedelectrostaticforcefieldwhichinducestheself-assemblyofnanoparticlesandtheformationofhighlyorderedmeso