ZIF-8衍生ZnO纳米材料的制备及其丁醇气敏性能改性

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1、分类号：学校代码：１０１６５密级：学号：２０１５１１０００７４７連掌坪乾大學硕士学位论文ＺＩＦ－８衍生ＺｎＯ纳米材料的制备及其丁醇气敏性能改性作者姓名：张冰雪学科、专业：化学、物理化学￣￣生物传感器研究方向：导师姓名：姜春杰教授２０１８年５月学位论文独创性声明本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声

2、明并表示谢意。学位论文作者签名：学位论文版权的使用授权书本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后使用本授权书。学位论文作者签名：指导教师签名：签名日期：辽宁师范大学硕士学位论文摘要半导体金属氧化物型气体传感器以成本低、性

3、能好、操作简单的优点，备受大家的青睐。众所周知，材料的形貌和微观结构对气体传感器的性能有很大的影响。对于单一的金属氧化物材料还存在着选择性差，灵敏度低的缺点。本文以ZIF-8为自牺牲模板和前驱体，围绕不同组成与结构的ZnO半导体金属氧化物型气体传感器的制备与气敏性测试开展工作。首先，在空气中煅烧制备了具有中空结构的ZnO半导体金属氧化物材料。其次，以ZnO中空多面体纳米材料为基底对材料进行改性，即将贵金属修饰到半导体金属氧化物的表面，利用贵金属的化学作用和电子作用提高材料的气敏性能；利用原位掺杂的方法合成Co掺杂的

4、ZnO材料，形成局部的异质结构提高材料的气敏性能。主要研究内容包括：1.自牺牲模板法合成ZnO中空多面体纳米材料。利用XRD、SEM、TEM、BET等表征方法对ZnO中空多面体纳米材料组成、形貌、结构进行了表征。以ZnO作为敏感材料制成了气敏元件，并进行气敏性能的测试。实验结果表明：ZnO中空多面体材料对丁醇气体有极好的响应，证明该材料在丁醇气体传感器方面具有一定的应用价值。2.贵金属修饰半导体表面的方法提高ZnO对丁醇的气敏性能。利用光沉积的方法成功的制备了Pt修饰的ZnO中空多面体纳米材料，并进行了气敏性能测试

5、。光沉积的方法不需要对材料表面进行预处理和煅烧、无污染、合成步骤简单等优点。Pt的修饰使oZnO传感器对丁醇的响应有了明显的提高。在204C的最佳工作温度下，Pt修饰后的ZnO传感器对100ppm的丁醇的响应值约是未修饰的ZnO的2倍。性能提升的主要原因是Pt的电子作用和化学作用。3.利用掺杂的方法对ZnO材料进行改性。采用原位掺杂的技术得到了Co掺杂的ZnO中空多面体纳米结构，并研究了掺杂量对ZnO敏感特性的影响，确定最佳的掺杂比例。结果表明，Co掺杂后的ZnO传感器的响应度有明显的提升，其中5wt%Co掺杂的Z

6、nO中空多面体的气体传感器对丁醇响应度最高。响应度提升的主要原因是：形成了局部的异质结构，能带发生弯曲，形成势垒导致材料的初始电阻增加，使得材料在接触丁醇气体前后电阻变化率变大，响应度增加。关键词：气体传感器；ZIF-8；氧化锌；Pt-ZnO；Co-ZnO；丁醇IZIF-8衍生ZnO纳米材料的制备及其丁醇气敏性能改性StudyonthePreparationofZIF-8DerivedZnONanomaterialsandtheModificationofButanolGas-SensitiveProperties

7、AbstractThesemiconductormetaloxidetypegassensorshavetheadvantagesoflowcost,excellentperformance,simpleoperation.Asweallknow,themorphologyandstructuresofmaterialshavegreatinfluenceontheperformanceofgassensors.Moreover,thesinglemetaloxidesemiconductormaterialsha

8、vethedisadvantagesofpoorselectivityandlowsensitivity.Thus，AfacileroutetothesynthesisofZnOhollowpolyhedronssemiconductormaterials◦heterostructurebasedZIF-8asself-sacrificialtemplate