Au修飾ZnO納米復(fù)合材料的合成及其氣敏性能研究.pdf

1、基于半導(dǎo)體金屬氧化物的氣體傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、反應(yīng)迅速、檢測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)成為研究最多、應(yīng)用最廣泛的氣體傳感器。氧化鋅(ZnO)是迄今為止最重要的半導(dǎo)體敏感材料之一，然而，基于ZnO的氣體傳感器存在著工作溫度高、靈敏度低、選擇性不高等缺點(diǎn)，大大地限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。傳統(tǒng)的ZnO傳感器主要是基于粉體材料制成的薄膜或厚膜傳感器，隨著納米合成技術(shù)的進(jìn)步，各種形貌和結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料被合成，ZnO傳感器的研究逐漸轉(zhuǎn)向納米結(jié)構(gòu)。氣敏性能

2、的提升根本上取決于材料的催化性能和表面化學(xué)性質(zhì)，因此表面改性，降低材料粒徑，合成多級(jí)結(jié)構(gòu)可以大幅提高材料氣敏性能。
　　貴金屬由于其特有的催化活性，與ZnO形成復(fù)合材料由于其協(xié)同效應(yīng)，性能必然優(yōu)于純ZnO。本文立足于提高材料靈敏度、改善選擇性、加快響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間等問(wèn)題，系統(tǒng)地研究了不同微觀形貌對(duì)納米尺度ZnO氣敏性能的影響，并深入地研究了貴金屬納米Au修飾后ZnO的氣敏性能，重點(diǎn)闡述了復(fù)合材料各組分之間的相互作用機(jī)理，為開發(fā)新型高效

3、高穩(wěn)定性半導(dǎo)體敏感材料提供理論依據(jù)。本文的主要工作有：
　　一：采用近室溫化學(xué)浴法和水熱法，通過(guò)調(diào)控實(shí)驗(yàn)條件制備出具有尺寸均一、形貌規(guī)整等特點(diǎn)的分級(jí)ZnO納米棒和納米針，系統(tǒng)地研究了產(chǎn)物的制備條件及物相、形貌、光學(xué)性能，同時(shí)利用XPS，EDS技術(shù)研究其表面結(jié)構(gòu)。
　　二：利用水熱法對(duì)所得ZnO材料進(jìn)行納米Au粒子修飾，成功得到Au/ZnO復(fù)合材料，并保持ZnO結(jié)構(gòu)和形貌。對(duì)不同含量納米Au修飾的復(fù)合材料進(jìn)行詳細(xì)表征，Au納米

4、粒子與ZnO之間的緊密接觸引起化學(xué)表面改性并產(chǎn)生特有的活性位點(diǎn)，對(duì)Au納米粒子修飾ZnO復(fù)合材料氣敏性能的系統(tǒng)研究表明對(duì)于不同的ZnO微納米結(jié)構(gòu)，納米Au粒子對(duì)其氣敏性能的影響是不一樣的。當(dāng)ZnO的微觀結(jié)構(gòu)為納米棒時(shí)，6 wt％納米Au修飾使Au/ZnO復(fù)合材料氣敏性能最佳，而對(duì)于ZnO納米針，Au納米粒子的最佳修飾量為10 wt％。與純ZnO相比，納米Au修飾的Au/ZnO復(fù)合材料的氣敏性能均得到顯著的提高。與商用ZnO及等量Au修飾

5、商用ZnO相比，多級(jí)的ZnO及Au/ZnO性能明顯優(yōu)于商用ZnO。
　　三：采用室溫浸漬法對(duì)水熱法合成ZnO納米棒進(jìn)行納米Au修飾，室溫浸漬法可簡(jiǎn)單方便的得到Au/ZnO復(fù)合材料，同時(shí)Au納米粒子粒徑均勻且可控，納米Au含量以EDS確定。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米Au粒徑約為10-30 nm時(shí)，可大幅提高材料的敏感性能；當(dāng)納米Au粒徑減小到2-5 nm時(shí)，即使修飾量較多，由于Au粒徑太小，致使與ZnO接觸面積小且容納電子有限，不能更好地發(fā)揮其