基于ZnO/CuO敏感电极的NO_(2)传感器性能

二氧化氮(NO_(2))是最常见的空气污染物之一,主要来源于化石燃料的燃烧,需要研制性能优良的NO_(2)气体传感器来对其体积分数进行实时监测。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质、ZnO/CuO为敏感电极,制备了阻抗型NO_(2)传感器。采用分步浸渍法将敏感材料原位引入到YSZ多孔骨架中,通过调整敏感材料ZnO/CuO摩尔比来优化传感器的敏感性能。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的组成和微观结构进行了表征。结果表明,ZnO/CuO颗粒均匀分散在YSZ多孔层中。以相角(Θ)作为响应信号来评价传感器敏感性能。实验结果表明,与单一氧化物ZnO相比,ZnO和CuO摩尔比为8∶2制备的传感器对NO_(2)气体具有更好的敏感性能。在400~500℃,Θ响应值与5×10^(-5)~5×10^(-4)NO_(2)体积分数呈良好的线性关系。450℃时,传感器有最低检测下限5×10^(-5)。此外,该传感器表现出最大响应值(5×10^(-4)NO_(2)的Θ响应值为18°)、最佳灵敏度(0.039°/10^(-6))、良好的稳定性以及对其他气体的抗干扰能力。

基于球磨法制备的WO_(3)敏感电极的NH_(3)传感器

采用球磨法预处理了WO_(3)颗粒并将其作为敏感电极,将钇稳定的氧化锆(YSZ)作为固体电解质制备了混合位型NH_(3)传感器。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对预处理的材料进行了表征。经球磨法处理的WO_(3)粉末颗粒尺寸减小,比表面积增大。以WO_(3)为敏感电极,在550~700℃内对传感器的响应-恢复特性、循环稳定性、湿度和氧气体积分数的干扰、交叉气体干扰等敏感性能进行了测试。敏感性能测试结果表明:该传感器在550~700℃之间表现出优异的NH_(3)敏感性能,响应信号与NH_(3)体积分数的对数之间线性关系良好。同时该传感器还表现出良好的循环稳定性,在不同氧气体积分数和湿度的气氛下都能稳定工作。此外,该传感器对CO_(2)、H_(2)、CH_(4)和NO均表现出良好的抗干扰能力,且采用CuO参比电极成功降低了对NO_(2)的交叉干扰。

熔盐法制备La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)敏感电极在NO_(2)传感器中的应用

本文通过熔盐法分别在KCl、NaCl和KCl-NaCl体系中合成了钙钛矿材料La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)(LSCF),并以其为敏感电极,以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质组装成阻抗型NO2传感器,研究了不同合成体系对传感器敏感性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了LSCF敏感电极的相组成和微观形貌,结果表明,合成LSCF材料的粒径与熔盐体系的熔点相关,并且通过X射线光电子能谱仪发现,通过KCl体系可以制备表面Sr含量较低的LSCF,从而提高了电导率。敏感性能测试结果表明,传感器在400℃~550℃有良好的响应恢复特性,其中基于KCl熔盐体系制备的LSCF为敏感电极的传感器表现出最高的灵敏度(15.75°/十),并对CH_(4)、CO_(2)、H_(2)、NH_(3)和NO具有良好的抗干扰能力。

固相法制备Bi_(4)V_(2)O_(11)固体电解质在NH_(3)传感器中的应用

通过固相反应法制备了在中低温下具有高离子导电性的固体电解质Bi_(4)V_(2)O_(11),并以CuV_(2)O_(6)为敏感电极组装成混合电位型NH_(3)传感器。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了固体电解质的相组成和传感器的微观形貌。结果表明,在中低温(300℃~600℃)下Bi_(4)V_(2)O_(11)的电导率高于传统氧离子导体YSZ。传感器测试结果表明,基于Bi_(4)V_(2)O_(11)作固体电解质CuV_(2)O_(6)作敏感电极的传感器能在300℃~500℃的温度范围内对10 ppm~300 ppm的NH_(3)进行检测,而以YSZ作固体电解质的传感器在300℃~350℃性能下降明显;传感器在400℃下有着最高的灵敏度(-59.15 mV/decade),优于相同条件下以YSZ作固体电解质的传感器(-42.89 mV/decade)。传感器具有稳定的响应,传感器的响应值和NH_(3)浓度的对数值呈现良好的正比例关系。

基于Fe掺杂SrCoO_(3)敏感电极的阻抗型NO_(2)传感器

NO_(2)作为有害污染物,会引发光化学烟雾、酸雨和土地富营养化等。为了减少NO_(2)的排放,各个国家和地区制定了相关的法律和法规。开发高性能的NO_(2)传感器对于监测和控制NO_(2)处理过程至关重要。利用Fe掺杂SrCoO_(3)为敏感电极(SE),钇稳定氧化锆(YSZ)为电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器。结果表明,在550℃下,Fe掺杂SrCo_(x)Fe_(1-x)O_(3)-SE传感器对不同浓度的NO_(2)气体具有良好的响应能力;掺入Fe元素,传感器的灵敏度显著提高;在高浓度NO_(2)气氛下,相角(Θ)响应值增加明显,在低浓度NO_(2)气氛下,响应值未明显降低。综合考虑响应值和响应速率等因素,SrCo_(0.85)Fe_(0.15)O_(3)-SE传感器敏感性能最佳,最佳工作温度为550℃,最大响应值高达27.1°,是未掺杂Fe之前的1.96倍。此外,在受到CH_(4)、CO_(2)、H 2、NH 3和NO等气体的干扰下,SrCo_(0.85)Fe_(0.15)O_(3)-SE传感器仍然能够保持良好的选择性。研究可对固体电解质型NO_(2)传感器研究提供参考。

基于Sr_(2)Fe_(1.5-x)Nb_(x)Mo_(0.5)O_(6-δ)敏感电极的高温阻抗型NO传感器

针对钢铁工业氮氧化物(NO_(x))减排的紧迫形势,对NO_(x)进行检测与分析具有重要意义。以氧化钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质,以溶胶凝胶法合成的双钙钛矿结构的Sr_(2)Fe_(1.5-x)Nb_(x)Mo_(0.5)O_(6-δ)(SFM、SF-NbM)氧化物为敏感电极(SE),制备了一种阻抗型NO传感器。用XRD和SEM对材料的组成和微观结构进行了表征。SFNbM-SE传感器在450~550℃范围内进行了测试,研究了NO体积分数对电化学过程的影响。结果表明:SFNbM-SE传感器比基于SFM的传感器具有更高、更稳定的响应值。在0.1 Hz下,传感器的响应信号与NO体积分数的对数几乎呈线性变化。在500℃和0.1 Hz时,SFNbM-SE传感器拥有最高的灵敏度,该传感器还具有良好的稳定性。

基于La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ag双相复合敏感电极的NO_(2)传感器研究

为了提高NO_(2)传感器的敏感性能,采用自分相法制备La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)和LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag,LSCF+0.100Ag双相敏感电极,并以YSZ为固体电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器,研究Ag的掺杂量对传感器性能的影响。结果表明,与Z',Z″,|Z|相比,θ作为响应信号时传感器的响应恢复时间更短、响应信号更稳定;以θ为响应信号,基于LSCF,LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag和LSCF+0.100Ag敏感电极的传感器在450℃最佳工作温度下的灵敏度分别为11.12°,11.28°,13.62°和9.56°/10,其中LSCF+0.075Ag表现出更高的灵敏度,表现出优异的重现性和长期稳定性;此外,传感器对CH_(4),CO_(2),H_(2),CO和NH_(3)表现出优异的抗干扰性能。因此,采用自分相法制备第二相分布均匀、催化活性优异的双相敏感电极材料,有效提升了传感器的灵敏度及选择性,可为高性能NO_(2)传感器的制备提供新思路。

基于NiO/Bi_(2)O_(3)敏感电极的NH_(3)传感器

以均相沉淀法制备的氧化镍(NiO)为原料,采用溶胶-凝胶法进一步制备了具有异质结构的NiO/Bi_(2)O_(3)复合敏感电极材料。采用了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对合成的复合材料进行了表征。以钇稳定氧化锆(YSZ)作为固体电解质,具有异质结构的NiO/Bi_(2)O_(3)为敏感电极制备了混合位型NH 3传感器,并在550~650℃温度范围内对传感器响应-恢复特性进行了测试。材料表征结果为:采用溶胶凝胶法合成的复合材料为NiO和Bi_(2)O_(3),其微观形貌为片状结构,尺寸为100~200 nm,并且NiO和Bi 2O 3之间有异质结构的生成。响应-恢复特性曲线结果表明:以具有异质结构的NiO/Bi_(2)O_(3)为敏感电极的传感器,在550~650℃温度范围内对NH 3表现出很好的敏感性能,NH 3体积分数的对数和响应电位之间存在良好的线性关系。

基于钛酸盐敏感电极的混合位型SO_(2)传感器研究

采用溶胶凝胶法合成了系列钛酸盐(ZnTiO_(3)、SrTiO_(3)、NiTiO_(3)),并将其作为敏感电极,同时以钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质制备了混合电位型二氧化硫(SO_(2))传感器用于高温下SO_(2)体积分数的在线监测。敏感电极的相组成和传感器的微观形貌分别采用X射线衍射仪(XRD)和配备了能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)表征。敏感性能测试结果表明:在系列钛酸盐当中,NiTiO_(3)敏感电极表现出更佳的敏感性能,其在400~500℃的温度范围内,可以有效检测3×10^(-6)~30×10^(-6)的SO_(2),传感器的响应值与SO_(2)体积分数的对数之间呈现良好的线性关系。此外,传感器表现出优异的重现性和抗干扰性能。

新型固体电解质基氮氧化物传感器的制备与性能研究

氮氧化物(NO_(x),NO+NO_(2))是我国首要的气体污染源之一,其对自然环境和人类健康均造成了严重的威胁,因此开发原位检测NO_(x)的高效检测设备势在必行。NO_(x)的排放源主要为工业废气和汽车尾气,其气体温度较高、成分比较复杂,而固体电解质基气体传感器可以实现在高温下对NO_(x)的高选择性、高灵敏度检测。本研究以Co_(3)O_(4)/Cr_(2)O_(3)/YSZ的复合材料为敏感电极,以YSZ为固体电解质构建了阻抗型NO_(x)传感器。采用XRD、SEM和EDX对传感器进行了表征,并系统研究了传感器在高温下对NO的敏感特性。结果表明:Co_(3)O_(4)/Cr_(2)O_(3)/YSZ敏感电极材料呈颗粒状,粒径约为200 nm,并且敏感电极以疏松多孔的状态覆盖在电解质表面,有利于气体的扩散和传质。传感器对NO_(x)具有良好的响应-恢复特性,并且O_(2)浓度对传感器的影响较小。此外,传感器具有较好的重现性、稳定性、选择性。为了进一步将传感器应用于在高温下原位检测NO_(x),制备了自加热型的新型传感器。该传感器表现出良好的敏感特性,其检测浓度范围为10×10^(-6)~1500×10^(-6)。此外,该自加热型传感器具有较好的重现性。本研究将为原位检测高温下的NO^(x)气体提供新思路。

具有高效三相界面的阻抗谱型NO_(2)传感器

基于钆掺杂的二氧化铈(CGO)固体电解质和NiO敏感电极(NiO-SE)制备了阻抗谱型NO_(2)传感器,并研究了其的气敏特性。采用浓盐酸刻蚀CGO多孔层骨架,以获得较大的三相界面(TPB)面积,提高传感器的传感性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析传感器的相组成和表面形貌。采用CHI660型电化学工作站测试传感器的传感性能。结果表明,浓盐酸刻蚀后,CGO多孔层的表面粗糙度增加。对刻蚀时间(30~180 min)进行了优化,刻蚀120 min时传感器的敏感性能最佳。当温度为500℃时,传感器在0~700 ppm的NO_(2)浓度中灵敏度高达12.95。该传感器对CO_(2)、CH_(4)、H_(2)、NO_(2)、NO具有良好的抗干扰能力,O_(2)对传感器性能具有一定的影响。

基于F^(-)掺杂La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3-δ)敏感电极的阻抗型NO_(2)传感器

以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质,湿法浸渍技术制备钙钛矿结构的La_(0.8)Sr_(0.2)Mn O_(3-δ)(LSM)和La_(0.8)Sr_(0.2)Mn O_(3-x-δ)F_(x) (LSMF)为敏感电极(SE),铂(Pt)为参比电极,组装了一种固体电解质基阻抗型NO_(2)传感器。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术对敏感电极材料的相组成和微观结构进行分析。结果表明,F^(-)的掺杂不会改变LSM的晶体结构,浸渍敏感电极材料后,多孔层依旧保持三维立体结构;在450℃下,F^(-)掺杂的LSMF_(0.2)-SE传感器具有最高的响应值。与LSM-SE传感器相比,LSMF_(0.2)-SE传感器的敏感性能明显提升,并具有良好的稳定性和抗干扰能力。