二维少层碳化钛/氧化锌复合材料的制备及其气敏性能研究

通过水热法和化学选择性刻蚀法分别制备一维氧化锌(ZnO)纳米线和二维层状碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x)),采用静电自组装和双向冷冻干燥技术得到超轻少层碳化钛/氧化锌(f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO)复合材料,并利用XRD、SEM、TEM等对样品进行结构和形貌表征。将f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合材料制成气敏元件,考察其气敏性能,并与纯Ti_(3)C_(2)T_(x)进行比较。结果表明,200℃下,Ti_(3)C_(2)T_(x)质量分数为14%的复合材料对100μL/L二氧化氮(NO_(2))的响应值(S=R_(g)/R_(a))达到30.31,相比纯Ti_(3)C_(2)T_(x)提高7.27倍。f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合材料可用作检测NO_(2)气体的新型传感材料。

具有优异光激发NO_(2)气敏性能和MB光催化降解效率的ZnO-MoS_(2)纳米复合材料

实现对有毒、有害气体的有效监测和对有机污染物的快速降解,对于减少大气污染和水污染所带来的危害至关重要。本研究采用超声复合方法将溶胶凝胶法制备的ZnO和水热法制备的MoS_(2)复合到一起,成功制备了ZnO-MoS_(2)纳米复合材料。采用XRD、SEM、TEM、XPS等手段对材料结构、形貌和表面化学组分进行表征。结果表明,多层片状MoS_(2)均匀负载到了ZnO纳米颗粒当中,复合材料具有较好的结晶性和丰富的表面缺陷。利用紫外-可见(UV-vis)漫反射光谱、光致发光光谱(PL)和表面光电压(SPV)对材料的光电性能进行了测试。结果表明,ZnO与MoS_(2)的复合在提升光利用率的同时,能够促进光生载流子的更有效分离。以NO_(2)作为目标气体的室温紫外光辅助气敏测试表明,本方法制备的ZnO-MoS_(2)气体传感器具有良好的灵敏度、恢复性、稳定性和选择性,可在室温下实现对低浓度NO_(2)的有效响应,MoS_(2)复合量为5wt%的ZnOMoS_(2)传感器对0.47 mg/m^(3)NO_(2)的响应值为19.6%。同时,气敏性能研究还发现空气中O_(2)分子在材料表面的吸附会对传感器的气敏性能产生较大的影响,ZnO-MoS_(2)传感器在无氧条件下对NO_(2)具有更高的气敏响应。此外,在模拟太阳光下进行的光催化降解亚甲基蓝(MB)的实验表明,依靠吸附和光催化降解的共同作用,ZnO-MoS_(2)复合材料能够在40 min内实现水溶液当中较高浓度MB(15 mg/L)的快速清除,MoS_(2)复合量为10wt%的ZnO-MoS_(2)样品的反应速率常数达到了0.032 min^(−1)。对机制的分析表明,MoS_(2)较好的吸附性和复合所导致的光生载流子分离率的提升是ZnO-MoS_(2)复合材料气敏和光催化性能提升的关键。

多孔硅基VO_(2)纳米颗粒复合体的制备及增强NO_(2)室温气敏特性研究

为了提高室温下多孔硅对NO_(2)气体的灵敏度,提出采用化学气相输运沉积法在多孔硅表面生长VO_(2)纳米颗粒,形成多孔硅基VO_(2)纳米颗粒复合结构,通过调节VO_(2)的沉积压强来改变VO_(2)纳米颗粒的尺寸,研究其对多孔硅基VO_(2)纳米颗粒复合结构室温气敏性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪和透射电子显微镜对复合结构的微观形貌、物相和晶体结构进行表征分析。实验结果表明,在沉积压强为330 Pa下获得的复合结构,对摩尔分数为5×10^(-6)的NO_(2)的室温灵敏度达到最大(13.15),是多孔硅灵敏度的5.95倍,并具有良好的选择性。对NO_(2)展现出优异的气敏性能是由于粒径较小的VO_(2)纳米颗粒表面活性增强,与多孔硅之间形成较宽的耗尽层,从而提高了气敏性能。该研究将有助于提升多孔硅在NO_(2)气敏传感器中的应用。