基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

Bi-SnO_(2)电催化膜的制备及对饮用水中卡马西平的强化去除

以家用净水器活性炭滤芯为支撑体(Carbon membrane,CM),通过电沉积法制备Bi-SnO_(2)电催化膜(Bi-SnO_(2)/CM),通过电催化强化降解饮用水中的PPCPs.采用SEM、EDS、XRD分别对CM、SnO_(2)/CM和Bi-SnO_(2)/CM进行了结构表征,并利用Tafel、CV、EIS方法对3种膜的析氧电势、比电容和电化学阻抗等电化学特性进行表征,并选取卡马西平(Carbamazepine,CBZ)作为PPCPs代表物进行电催化效能试验研究.结果表明:采用电沉积-水热方法制备的Bi-SnO_(2)纳米颗粒的粒径尺寸约为27.2nm,可以很好地负载到活性炭滤芯表面,并制备出电化学性能优异的电催化膜,相比基膜其Tafel斜率由31.09mV/dec增至80.22mV/dec,电化学阻抗由1.03Ωcm^(2)降低为0.37Ωcm^(2),比电容也由0.689F/g增至2.635F/g.最终通过实验验证了其对卡马西平的降解效果,在静态循环实验中,Bi-SnO_(2)/CM对CBZ的去除率30min可达到97.3%,在运行1h后矿化率为59.2%,耗能为123.87kW·h/kgTOC,ΔTMP为0.177kPa.在连续运行时,Bi-SnO_(2)/CM对CBZ的去除率达93.7%,在运行1h后矿化率为35.2%,耗能为208.33kW·h/kgTOC,ΔTMP为0.613kPa.说明Bi-SnO_(2)/CM电催化膜具有良好的导电性、电催化活性和稳定性,同时对CBZ具有较好的去除效果.

SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理对SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构及光学性质进行了研究。FAPbBrI_(2)是带隙值为1.58 eV的直接带隙半导体材料,通过构建SnO_(2)(110)和FAPbBrI_(2)(001)的界面模型,发现其晶格失配率为4.28%,界面结合能为-0.116 eV/A^(2),说明此界面结构可以稳定存在。通过态密度(DOS)分析SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的电子结构,发现了主要由界面处O_(2)p、I 5p、Br 4p、Pb 6p轨道电子杂化形成的界面态。差分电荷密度及Bader电荷分析结果说明在界面处存在明显的电荷转移,这促进了界面处原子之间的成键,提高了界面稳定性。同时,有效的电荷分离也使SnO_(2)(110)/FAPbBrI_(2)(001)界面的光吸收系数相比于SnO_(2)(110)表面和FAPbBrI_(2)(001)表面有了明显提升。

水热反应条件对SnO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合材料光催化活性的影响

本文以不同水热条件制备了正交晶系结构的两种二氧化锡和一种钨酸铋,并制备出了两种由纳米片组成的花状团簇的二氧化锡/钨酸铋复合光催化材料。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积孔隙度测试仪、紫外可见分光光度计等手段对三种样品的样貌、比表面积、孔隙度、孔体积及吸光度测试表征。用碘钨灯来模拟太阳光,研究对比以不同水热条件下制备的钨酸铋以及两种二氧化锡/钨酸铋复合材料作催化剂催化降解罗丹明B的光催化性能。综合实验数据分析,发现二氧化锡/钨酸铋复合样品的衍射峰与钨酸铋样品的衍射峰一致,不同的水热条件会影响产物的物相结构,但对晶体结构和结晶度无影响。光催化360 min时,水热条件为180℃、12 h的钨酸铋对罗丹明B的降解率是33%、水热条件为180℃、6 h的二氧化锡和180℃、12 h的钨酸铋制备的复合物样品1对罗丹明B的降解率是46%、水热条件为180℃、12 h的二氧化锡和180℃、12 h的钨酸铋制备的复合物样品2对罗丹明B的降解率是57%。二氧化锡/钨酸铋复合样品的催化效果优于纯钨酸铋,同时也说明不同水热反应条件对复合光催化材料的催化性能有一定的影响。

Ce^(3+)掺杂一维多孔SnO_(2)纳米材料的模板合成及光致发光性能

以四氯化锡为金属源,P123为造孔剂,尿素为沉淀剂,无水乙醇为溶剂制备前躯体,以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板合成了一维多孔SnO_(2)纳米材料,并采用多种手段进行表征。结果表明:所合成的一维SnO_(2)纳米材料直径大小均匀,具有多孔和四方晶相结构,Ce^(3+)离子通过掺杂的方式使其具备良好的光致发光性能。

金属有机框架衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co_(3)O_(4)十二面体纳米块在室温下与SnO_(2)复合,制备出立方体Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合光催化剂.煅烧后形成的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co_(3)O_(4)的加入拓展了SnO_(2)的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)的光催化降解活性,发现Co_(3)O_(4)/SnO_(2)在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO_(2)和纯ZIF-67的4.5倍和3倍.同时,Co_(3)O_(4)/SnO_(2)表现出了良好的光反应能力和稳定性.基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验,提出了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料光催化降解有机染料RhB的机理.

SnO_(2)掺杂Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_(3)陶瓷的改性机理与介电性能调控研究

钛酸锶钡(Ba_(r)Sr_(1-r)TiO_(3),BST)铁电材料具有良好的介电、铁电、热释电性能,因而成为动态随机存储器、微波调谐器及移相器等应用中的重要材料之一。采用固相烧结法制备(1-r)Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_(3)-rSnO_(2)(BST-Sn)陶瓷,通过X线衍射、扫描电镜及LCR数字电桥测试系统,并结合第一性原理理论计算研究不同SnO_(2)掺杂量对BST体系微观结构和介电性能的影响。结果表明,随着SnO_(2)掺杂量的增加,BST晶格常数c与a的比(晶轴比c/a)减少,材料禁带宽度增大。当SnO_(2)掺杂量(摩尔比)为0.05时,其带隙达到最大值(1.889 eV)。能带与态密度结果表明,其带隙增大是由Ti原子的3d轨道向高能方向移动所致,实验制备出纯BST陶瓷的介电常数为3 227,SnO_(2)的引入降低了BST陶瓷的介电常数。

花状SnO_(2)与多层Ti_(3)C_(2)MXene材料的制备及室温NO_(2)气敏传感性能

结合溶剂热法和HF刻蚀MAX相,制备了花状SnO_(2)和多层Ti_(3)C_(2)MXene不同质量比的SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene敏感材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对传感器的微观形貌、元素成分和晶相结构进行分析。结果表明,直径为800 nm左右的花状结构SnO_(2)成功负载到了堆叠后厚度为4~5μm的层状结构Ti_(3)C_(2)MXene的表面。制备了基于SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene复合材料的气体传感器,并在室温下研究其对NO_(2)的气敏性能。在最佳条件下,MS5传感器表现出最优异的气敏传感性能,对体积分数为1×10^(-4)的NO_(2)的响应度可达到6.39,传感器还表现出了良好的选择性和重复性,最后讨论了SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene的气体传感器的气敏机理。

Bi_(2)(SnO_(3))3掺杂(Ba,Sr)TiO_(3)介电陶瓷介电性能的研究

通过传统固相法制备Bi_(2)(SnO_(3))_(3)(BSO)掺杂(Ba_(0.79)Sr_(0.21))TiO_(3)((Ba,Sr)TiO_(3),BST)陶瓷。采用XRD、SEM等研究了Bi_(2)(SnO_(3))_(3)(BSO)掺杂对BST陶瓷的物相和微观结构及介电的性能影响。实验结果表明:随着BSO掺杂量增加,BST基介电陶瓷的介电常数开始增大而后减小然后再增大随后再减小,陶瓷的介质损耗首先增大然后减小。当掺杂BSO的量是2 wt%的时候,BST基介电陶瓷具有较好的介电性能:介电常数是5430;介质损耗是0.0145,电容温度变化率是+20.64%,-45.58%。BSO掺杂的BST基介电陶瓷仍为钙钛矿结构。BSO的掺杂起到移峰和压峰的作用。

Pt掺杂对Ti/SnO_(2)-Sb-Nd纳米球状电极性能的影响

采用一步水热法成功制备出不同Pt掺杂量下Ti/SnO_(2)-Sb-Nd-Pt纳米球状电极,通过SEM、XRD和XPS表征电极表面的形貌、结构和化学组成,LSV、CV和加速寿命(ALT)测试电极的电化学性能和稳定性,并通过降解硝基苯(NB)能力验证电极催化活性。结果表明,Pt掺杂不会改变电极的SnO_(2)晶型结构,适量Pt掺杂可以使电极表面涂层更加均匀致密,提高电极稳定性,但降低了涂层中吸附氧含量,使得电极催化活性降低。掺杂1.5%Pt后,电极ALT由28.0 min延长至78.2 h,虽然NB去除率由96.53%降至80.61%,但在电极实际使用寿命内,NB理论降解总量由62.6 mg/cm^(2)增至8 754.1 mg/cm^(2)。显示了该电极具有良好的应用潜力,为开发高效、稳定的电极材料提供了参考。

SiO_(2)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻电气性能的影响

采用传统方法制备了掺杂不同物质的量分数(0.01%,0.05%,0.10%,0.15%,0.20%)SiO_(2)的SnO_(2)压敏电阻,研究了SiO_(2)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻电气性能的影响。结果表明:随着SiO_(2)掺杂量的增加,SnO_(2)压敏电阻的电压梯度、非线性系数、势垒高度、施主密度和界面态密度均先增大后减小,泄漏电流密度先减小后增大,晶界电阻增大;当SiO_(2)物质的量分数为0.10%时,SnO_(2)压敏电阻的综合电气性能最佳,其电压梯度、非线性系数、施主密度、界面态密度、势垒高度最大,泄漏电流密度最小,分别为582 V·mm^(-1),33,1.7×10^(23)m-3,6.7×10^(16)m^(-2),2.03 eV,7.06μA·cm^(-2)。

Cr_(2)O_(3)掺杂量对SnO_(2)压敏电阻微观结构和电气性能的影响

以SnO_(2)粉、CuO粉、Nb_(2)O_(5)粉、Cr_(2)O_(3)粉为原料,采用粉末冶金技术烧结制备(98.95-x)SnO_(2)-1CuO-0.05Nb_(2)O_(5-x)Cr_(2)O_(3)(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,物质的量分数/%)压敏电阻,研究了Cr_(2)O_(3)掺杂量对该压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明:随着Cr_(2)O_(3)掺杂量的增加,烧结试样的相对密度、收缩率、平均晶粒尺寸均先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时相对密度和收缩率最高,Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.01%时晶粒尺寸最大,粒径分布最均匀;随着Cr_(2)O_(3)掺杂量增加,SnO_(2)压敏电阻的电压梯度增大,泄漏电流密度先减小后增大,非线性系数则先增大后减小,当Cr_(2)O_(3)物质的量分数为0.02%时,压敏电阻的泄漏电流密度最小,非线性系数最大,电压梯度较高,综合电气性能最好。

SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极制备及其电催化还原CO_(2)产甲酸性能研究

【目的】电催化还原CO_(2)(CO_(2)RR)是降低大气中CO_(2)浓度的绿色可行方案,制备高催化性能和稳定性的催化剂尤为重要。【方法】以γ-Al_(2)O_(3)粒子为载体,采用浸渍-焙烧法制备了SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极用于电催化还原CO_(2)产甲酸来测试其性能,并结合物化分析、电化学测试及长周期实验等手段对粒子电极的微观结构、物相组成、电催化活性、产甲酸性能和稳定性进行了探讨。【结果】物化分析结果表明,负载SnO_(2)前后的形貌由孔洞和裂痕状为主转变为裂层状,比表面积自310.18m^(2)/g增加到352.70m^(2)/g,粒子电极中Sn含量占比48.32%,SnO_(2)成功分散负载到γ-Al_(2)O_(3)表面。据电化学测试所得,SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极的伏安电量(扫速50mV/s)、交换电流密度和析氢电阻分别为40mC、20.02μA/cm^(2)和96.86Ω,与γ-Al_(2)O_(3)相比分别提高了37.93%、75.46%和6.80%,大幅提升CO_(2)RR活性的同时有效抑制了析氢副反应。SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极表现出良好的CO_(2)RR特性,反应时间2h的产甲酸速率为70.35μmol·h-1·cm-2,电流密度为4.94mA/cm^(2),法拉第效率和能量效率分别为79.05%、24.51%;经过12h连续电解,产甲酸法拉第效率仍高于67.81%,说明制备的SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极具有较强稳定性。

Te含量对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料组织及电接触性能的影响

采用合金内氧化法制备了不同Te含量的Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和光学显微镜(OM)分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)微观组织,利用JF04C触点测试系统测试了铆钉型触点的电接触性能,分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料的转移损耗情况,并利用扫描电镜(SEM)对电接触材料动静触点电弧侵蚀形貌进行了分析,分析Te的添加对材料性能和燃弧机制的影响。结果表明:Te的添加有助于细化晶粒,并且随着Te含量增加,Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料形成了波浪状组织,Te的加入未对Ag、SnO_(2)和In_(2)O_(3)的存在形式造成影响,材料的相组成包括Ag、SnO_(2)、In_(2)O_(3)、TeO_(2)和单质Te。随着Te含量增加,材料的接触电阻呈现先上升后下降再上升的趋势,当Te的添加量为0.75%时,接触电阻最低且最稳定,熔焊力平均值为26.6 cN,低于常规模拟继电器30.6 cN的分断力。Te的添加改变了材料转移模式,减少了电弧侵蚀表面喷溅状侵蚀形貌的出现,当Te的添加量为0.75%时,电弧侵蚀表面产生的“猪网油”状的网状结构和“桑葚”状结构,对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料在持续高频直流场合抗材料定向转移及抗熔焊性能方面改善显著,过量添加则会恶化触点性能。

1,3-二甲基咪唑-2-羧酸盐辅助制备SnO_(2)量子点及其对乙醇的气敏性

为了制备气体灵敏度良好的SnO_(2)量子点,以聚乙二醇200(PEG200)为分散剂,采用咪唑基离子液体前驱体1,3-二甲基咪唑-2-羧酸盐辅助制备粒径约为4 nm、气敏性良好的SnO_(2)量子点。利用X射线衍射仪、高分辨率透射电镜对SnO_(2)量子点的物相结构和微观形貌样品进行表征,通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计和比表面积分析仪测试SnO_(2)量子点的纯度、光学性质和比表面积,并采用气敏测试系统检测SnO_(2)量子点对乙醇气体的灵敏度。结果显示:制备的SnO_(2)量子点颗粒大小均匀,比表面积为123.89 m^(2)/g,对可见光透过率达90%以上,乙醇气敏性能优良;在250℃,乙醇体积分数为300×10^(-6)时,SnO_(2)量子点的灵敏度可达195.34。

SnO_(2)/Cu/聚苯胺纳米复合材料的制备及光催化降解罗丹明B

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDS)为表面活性剂,通过水热合成法和原位氧化法制备了增强光催化活性的SnO_(2)/Cu/聚苯胺(PANI)纳米复合材料。以250 W紫外灯为光源降解罗丹明B(RhB),评价制备样品的光催化活性。复合w(苯胺)=20%、t=40 min,降解率为98.8%,分别是纯SnO_(2)的3倍、PANI的5倍。复合苯胺提高了载流子的迁移效率,降低了光生电子-空穴对的重组率;通过加入不同种类的抑制剂确定光催化降解机理,结果表明活性空穴(h^(+))和超氧自由基(·O_(2)^(-))是光催化降解过程中的主要活性物质。

Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极电化学氧化去除水中BIT

1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)是一种新型广谱工业杀菌剂,因其强杀菌能力而难以直接通过传统生化法处理,电化学氧化是一种有效的预处理方法。通过实验对比不同典型阳极对BIT去除率的影响;以锑镍共掺杂钛基二氧化锡电极(Ti/SnO_(2)-Sb-Ni)为阳极电化学氧化BIT,考察BIT电化学氧化过程中不同初始BIT浓度、初始pH、电流密度和硫酸钠浓度等操作参数对BIT去除率的影响,结合紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析,探究BIT降解过程中的结构变化。结果表明:相较于商业电极,Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极可高效电化学氧化BIT及其产物,消除其生物毒性;Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极电化学氧化BIT过程中,最佳电流密度为15 mA/cm^(2),pH和初始硫酸钠浓度对BIT降解影响较小,最佳BIT初始浓度15 mg/L,BIT降解过程中杂环先被破坏,苯环再被破坏。

钛基掺SnO_(2)-Ta_(2)O_(5)中间层复合阳极的制备及强化寿命研究

分别在350、400、450、500、550℃温度下通过热分解法制备了活性层原子质量比Ir∶Ru∶Ti=1∶3∶3,含钽-锡中间层数1、2、3、4、5的DSA阳极,通过直观的加速寿命试验探究了不同温度、不同中间层数和不同的钽-锡中间层原子比(Ta∶Sn=9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)对RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/SnO_(2)-Ta_(2)O_(5)/Ti复合阳极在酸性析氧条件下性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、热场发射扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析电极表面的物相和形貌变化,通过电化学阻抗谱探讨了RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/SnO_(2)-Ta_(2)O_(5)/Ti电极的电化学性能,重点考察了涂层溶液配比对电极性能的影响。结果表明,电极的最佳中间层数为1且最佳温度为450℃;在中间层数为1、450℃条件下,当中间层Ta∶Sn=9∶1时,RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/SnO_(2)-Ta_(2)O_(5)/Ti电极性能最佳,相比不含中间层的RuO_(2)-IrO_(2)-TiO_(2)/Ti电极的寿命提升约53%。

非接触点胶打印用ZnO-SnO_(2)复合气敏墨水的制备及气敏性能研究

非接触点胶打印是一种新型、高精度、无模板、低成本的成膜技术,墨水的理化性质是决定打印薄膜质量的关键,对微电子器件性能有着重要影响。本文采用聚乙二醇400(PEG400)作为分散剂取代传统的高分子量分散剂,以乙二醇和丙三醇为溶剂、ZnO-SnO_(2)复合气敏材料为功能相制备高性能气敏墨水,并利用非接触点胶技术在基于微电子机械系统(MEMS)的微热板上打印ZnO-SnO_(2)复合气敏薄膜。根据墨水的黏度及悬浮稳定性,分析了PEG400含量和固含量对墨水理化性质的影响,通过SEM观察薄膜的微观形貌,研究结果表明,当固含量为15%(质量分数,下同)、PEG400含量为6%时,复合气敏墨水具备可打印性及低温烧结成膜特性,制备的复合气敏薄膜厚度均匀,表面平整,边缘规整,对丙酮气体有良好的响应。

基于生物质Sm/SnO_(2)的异丙醇气体传感器实验研究

本研究采用溶剂热法通过脱脂棉生物模板的限制效应合成了多孔Sm/SnO_(2)多通道材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的成分和形貌进行了表征分析观测。多孔Sm/SnO_(2)多通道复合物和不同Sm含量制备的传感器对异丙醇传感特性也进行了测试。测试结果表明:基于多孔2 mol%Sm/SnO_(2)多通道材料制备的传感器在200℃下对50 ppm异丙醇的最佳灵敏度为71,与纯SnO_(2)相比具有更好的气敏性能。本文对传感机理也进行了详细的分析,结果表明利用生物模板和稀土Sm掺杂协同效应制备气敏材料是一种提升异丙醇气敏性能的可行方案。