多壁碳纳米管的气敏特性研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文多壁碳纳米管的气敏特性研究姓名：孙宇峰申请学位级别：博士专业：无机化学指导教师：刘锦淮20050501中国科学技术大学博士学位论文摘要多壁碳纳米管除了具有一维的中空管结构外，还具有更大量的堆积孔结构，可引发毛细凝聚过程，因而具有较强的气体吸附能力。此外，碳纳米管的表面存在某种程度的悬挂键和缺陷态，当气体分子进入它表面力场作用范围内，被吸附的气体分子与碳纳米管发生相互作用，改变其费米能级从而引起其宏观电阻发生较大改变，可以通过检测其电阻变化来检测气体。本论文探讨了多壁碳纳米管自身的气敏特性及气敏机理，并研究了利用多壁碳纳米管掺杂=氧化锡气体传感器及多壁碳纳米管修饰

2、铂电极的气敏特性。论文第一章全面回顾了电化学气体传感器化学修饰电极的方法及材料：半导体气体传感器气敏材料的特点、气敏机理以及提高半导体气体传感器选择性和稳定性的方法：碳纳米管作为新兴的气敏材料在气体检测方面应用的研究进展。在此基础上，提出了我们的研究思路和方案，确定了利用多壁碳纳米管掺杂二氧化锡制作半导体气体传感器和多壁碳纳米管修饰铂电极制各电化学气体传感器，研究其气敏特性，以期提高气体传感器的稳定性和选择性。第二章在分析、总结目前多壁碳纳米管纯化处理方法的特点及存在问题的基础上，首次提出了采用高温预处理及浓HN03和浓HCl04组成的混合酸处理相结合的方法纯化多壁碳纳米管。试验结果表明多

3、壁碳纳米管先在空气中550℃下氧化30分钟，然后再经过混合酸处理(浓HN03与浓HCl04的体积比为7：3，煮沸反应时间不宜超过2小时)。可有效地将MwCNTs样品中的杂质除去，使MwCNTs的表面羧基化，并且能有效地降低其失重率。m第三章研究了多壁碳纳米管自身及掺杂二氧化锡气体传感器的气敏特性，探讨了多壁碳纳米管膜的多维孔隙结构模型，分析了多壁碳纳米管膜吸附气体的过程及特点。通过X．射线衍射、电子能谱和扫描电镜等手段分析了多壁碳纳米管掺杂二氧化锡膜的结构及物相，测定了其在常温下对N02气体的敏感特性，通过MwcNTS／sn02复合气敏材料的两层结构(Pt抽一sn02，p—Mwcmb，n—

4、snO∥Pt)模型初步解释了其气敏机理。第四章研究了多壁碳纳米管修饰铂电极的气敏特性，介绍了多壁碳纳米管修饰铂电极及电化学传感器的制作方法，比较了修饰电极在空气和含有cO的N2气流中的循环伏安特性，分析了支持电解质、扫描速度v等对cO氧化电流的影中国科学技术大学博士学位论文摘要响，测定了不同C0浓度下电极的工作曲线，并讨论了多壁碳纳米管对CO的催化氧化机理。论文的最后对研究工作做了总结，并为以后的工作确立了研究目标。中国科学技术大学博士论文AbstracfAbstractBesldesmeonedimenSlonhOlk'wtllbestructure，muItlwallcarbOnnan

5、o￡ubes(MwCNTs)havesubstantiveholes，whichwillrcsultforthecapillaryconglomeration，thusMWCNTsshowgoodabsorbabilityforgases．Oncethereare疗eedanglingbondsa11ddefcctsfbmingonthcsurfaceofMWCNTS，megasmolecularinthearcaoft11esurfacefield、玑llbeabso此donmesurface．wllichwillchangemeFe册ileVela11da脏ctthemacroscop

6、icresistancegreatlyTherefore，tllegascaJlbedetectcd、vitllthechangingofmeresistaIlce．Inthis、vork，thegassensitiveprope哪a11dmechanismofMWCNTswerediscussedandⅡlcgassensitiVemechani锄ofMWCNTSdopedSn02gassenSorsandMWCNTSdecoratedPtelectrodeswerestudied．Inchapterl，anshortreviewwasmadeonthememodsand倒nerials

7、forthedecorationOfelectrodesinelectrochemicalgassensors，propertyandgassensitivemechanismofgassensitivematerialsforthesemiconductorgassensorsandt11emethodsofimprovillgmegasselectivityandstability，recentprogressofu