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SnO2基CO一氧化碳传感器气敏性和选择性的基础研究

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本文围绕如何提高SnO2基材料对CO的选择性而展开的,通过溶胶-凝胶法制备了SnO2基气敏材料,用丝网印刷法制备了以氧化铝陶瓷为基板的SnO2厚膜,采用SEM、XRD及电化学方法表征了SnO2基复合材料的结构与形貌及气敏性能,最后制备出CO一氧化碳传感器。

主要内容及创新表现在以下方面: 通过溶胶-凝胶法制备Pd负载及Fe掺杂SnO2复合材料,实验发现Pd负载和Fe掺杂没有改变SnO2的四方相结构,但随着Fe掺杂量的增加,复合材料的结晶程度降低;当负载Pd和掺杂Fe量分别为0.2mol%和10m01%时,获得对200-3000ppm CO具有最佳的响应值、选择性以及响应特性的SnO2复合材料,同时揭示了在提高选择性上主要是掺杂Fe的贡献,负载Pd的作用是促进了掺杂Fe对CO的选择性。进一步,对Au、Pt负载及In掺杂进行了研究,结果表明,Au负载和In掺杂均有利于提高对CO的选择性,而Pt负载则有利于提高对H2的选择性。 

通过N2、N2+O2、N2+O2+H2气氛中对SnO2材料传感器的响应值研究,获得了氢气和氧气对电阻值的影响规律,确定了吸附氧主要通过控制晶界势垒的方式而不是表面化学反应对电阻的控制机理;进一步根据不同温度下N2气氛中材料对H2、CO响应值研究发现,无氧气氛下表面化学反应的产物为羟基离子和碳酸根离子而不是有氧气氛下的水和二氧化碳。 为定量CO气体浓度,研究了气体浓度与响应值的关系(R=1+kCn),实验结果表明,SnO2材料的焙烧温度(600-800℃C)、改性方式(Pt负载和Fe掺杂)和检测气体种类对n值无影响,但是制备方法和工作温度对n值影响较大。 最后,通过Pd、Fe和Pt对SnO2改性、对CO和H2的选择性研究以及混合气体检测,依据两种传感器对混合气体的响应曲线,建立气体浓度和响应值的联立方程,解析出混合气体中CO和H2的浓度。经实验验证,检测误差在5%以内,这解决了目前同类传感器存在的最大问题,为两种或多种相同性质气体测量提供了新思路。

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