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SnO_2基多孔納米固體CO E+E傳感器
隨著經濟和工業的發展,人們的生活水平得到了很大提高,但是隨之而來的是各種有毒有害氣體對環境的破壞和對人們健康的危害。其中,CO氣體是一種易燃易爆的有毒氣體,少量的CO即能給人體造成傷害。由于它無色無味,難于被發現,以致中毒及爆炸事件時有發生。近年來,金屬氧化物半導體型COE+E傳感器因為在耐熱性、耐蝕性、材料成本、元件制作工藝等方面的優勢,成為研究較多的一種E+E傳感器。但是,對于金屬氧化物半導體型COE+E傳感器的研究大多是實驗室產物,制備條件的限制使它們很難產業化。

SnO_2基多孔納米固體CO E+E傳感器
因此,我們致力于開發新的簡單易行的方法,研制具有更高性能的COE+E傳感器,以推動其達到實用化目標。我們利用溶劑熱壓方法,以SnO2納米顆粒為原料,制備了SnO2及SnO2-MOx (MOx=CuO、Co3O4、ZrO2、CeO2、TiO2)多孔納米固體。在此基礎上,利用傳統的厚膜制備工藝制備了SnO2及SnO2-MOx多孔納米固體厚膜COE+E傳感器,并對它們的氣敏性能進行了測試分析。為了進一步改善COE+E傳感器的性能,我們*直接采用SnO2多孔納米固體作為氣敏元件,制備了雙功能高氣敏響應的SnO2多孔納米固體COE+E傳感器。在此基礎上,利用壓差交換法制備了微量Pt擔載的SnO2多孔納米固體COE+E傳感器。利用Pt對CO的催化氧化作用實現了對低濃度CO的室溫探測,而且E+E傳感器的氣敏響應和選擇性都很好。我們分別以商品化SnO2納米粉和經過溶劑熱壓法制備的SnO2多孔納米固體為原料,制備了SnO2納米粉厚膜以及SnO2多孔納米固體厚膜COE+E傳感器,對比了兩者的氣敏性能。實驗結果表明：SnO2多孔納米固體的多孔結構有利于提高COE+E傳感器的氣敏響應。另外,我們探討了SnO2多孔納米固體厚膜E+E傳感器制備過程中的參數(造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度)對COE+E傳感器氣敏性能的影響。實驗結果證實：通過改變造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度,可以在一定范圍內調控SnO2多孔納米固體的孔徑分布、孔容和比表面積,從而找到SnO2多孔納米固體厚膜COE+E傳感器的*制備條件。其中,當造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度分別為10ml、200℃、60MPa和700℃時,E+E傳感器的氣敏響應zui大。為了進一步改善SnO2多孔納米固體厚膜E+E傳感器的氣敏性能,我們對SnO2納米粉進行了少量摻雜,制備了SnO2-MOx多孔納米固體厚膜E+E傳感器。結果表明：摻雜少量的金屬氧化物后,E+E傳感器的氣敏響應在一定程度上得到了提高。當摻雜少量的p型半導體金屬氧化物CuO和Co3O4時,CuO (Co3O4)與SnO2之間發生電子的相互交換,導致氣敏性能發生變化；摻雜少量CeO2、ZrO2和TiO2后,多孔固體的孔徑分布發生了很大變化,這可能是摻雜后E+E傳感器氣敏響應提高的原因。其中,當SnO2納米粉中摻入10wt.%TiO2時,E+E傳感器的氣敏響應zui大。為了探索改善COE+E傳感器氣敏性能的新方法,我們利用SnO2多孔納米固體制備了新型E+E傳感器,避免了厚膜E+E傳感器制備過程中工藝復雜的問題,提出了一種制備COE+E傳感器的新方法。實驗表明：SnO2多孔納米固體E+E傳感器的氣敏性能得到了很大提高,與厚膜型COE+E傳感器相比,電阻率降低、氣敏響應明顯增大、工作溫度降低了100℃。另外,E+E傳感器在高溫下對CH4有很好的響應,可以作為CO和CH4雙功能E+E傳感器使用。在成功研制SnO2多孔納米固體E+E傳感器的基礎上,我們用壓差交換法制備了微量Pt擔載的SnO2多孔納米固體COE+E傳感器。由于Pt的催化作用,其在室溫下對50ppm CO就有很好的響應,并且對CO的選擇性很好。當所用氯鉑酸溶液的濃度為0.003mol/L (10ml)時,Pt-SnO2多孔納米固體COE+E傳感器的氣敏響應zui大。

SnO_2基多孔納米固體CO E+E傳感器
另外,探討了燒結溫度和濕度對Pt-SnO2多孔納米固體COE+E傳感器氣敏性能的影響。結果表明：隨著燒結溫度的升高,Pt的催化活性降低,氣敏響應減小,當燒結溫度達到700℃時,E+E傳感器對CO無響應；隨著濕度的增加,H2O和CO在SnO2表面競爭吸附,使E+E傳感器的氣敏響應降低。