研究目的
开发一种基于NiO/NiCr2O4 p-p型纳米颗粒的高选择性、高灵敏度二甲苯气体传感器,用于室内空气监测。
研究成果
NiO/NiCr2O4(Cr/Ni=25原子百分比)气体传感器展现出优异的二甲苯检测性能,包括高灵敏度(对100 ppm二甲苯响应值为66.2)、卓越的选择性(对干扰气体交叉响应低)、低检测限(对50 ppb二甲苯响应值为1.2)以及良好的长期稳定性。性能提升归因于小晶粒尺寸、大比表面积、介孔结构、p-p异质结的形成以及协同催化效应。该传感器在室内二甲苯空气质量监测方面具有实际应用潜力。
研究不足
响应和恢复时间相对较长(100 ppm二甲苯的响应时间为1217秒,恢复时间为591秒),可通过优化实现更快检测。湿度干扰会影响性能,在较高相对湿度下电阻增大且响应降低。该研究在实验室条件下进行,实际应用可能面临更多环境变量影响。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过水热法合成NiO/NiCr2O4纳米复合材料作为化学电阻式气体传感器的敏感材料,旨在利用NiO与NiCr2O4之间的协同效应提升气体传感性能。
2:样品选择与数据来源:
采用分析纯试剂(如CrCl3?6H2O、NiCl2?6H2O、六亚甲基四胺和乙醇胺)制备不同Cr/Ni原子比(10、25、50、75、100 at%)的样品及纯NiCr2O4(Cr/Ni=200 at%)。气体响应数据通过静态测试系统采集。
3:2O、NiCl2?6H2O、六亚甲基四胺和乙醇胺)制备不同Cr/Ni原子比(100 at%)的样品及纯NiCr2O4(Cr/Ni=200 at%)。气体响应数据通过静态测试系统采集。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括场发射扫描电镜(JSM-7500F JEOL)、透射电镜(JEM-2200FS JEOL)、X射线衍射仪(Rigaku D/Max-2550)、X射线光电子能谱仪(Specs XR50配Mg-KαX射线源)、比表面积分析仪(Micromeritics Gemini VII)以及配备陶瓷管、金电极、铂丝、镍铬合金加热线圈和六角底座的气体传感器装置。材料涉及去离子水、乙醇及多种化学试剂。
4:0)、X射线光电子能谱仪(Specs XR50配Mg-KαX射线源)、比表面积分析仪(Micromeritics Gemini VII)以及配备陶瓷管、金电极、铂丝、镍铬合金加热线圈和六角底座的气体传感器装置。材料涉及去离子水、乙醇及多种化学试剂。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:合成过程包含180°C水热反应8小时、离心分离、80°C干燥及500°C热处理3小时。传感器通过将浆料涂覆于陶瓷管、500°C烧结及老化工艺制成。气体传感测试在20°C和10%相对湿度下进行,测量目标气体与空气中的电阻变化。
5:数据分析方法:
p型传感器的气体响应定义为Rg/Ra,响应与恢复时间以达到90%饱和度所需时长计量。数据分析采用统计方法及表征设备内置软件工具。
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JEOL
Transmission electron microscopy for further investigation of nanostructures
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XRD
Rigaku D/Max-2550
Rigaku
X-ray diffraction analysis of crystallinities and phases
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Specs XR50
Specs
X-ray photoelectron spectrograph for composition analyses
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Micromeritics Gemini VII
Micromeritics
Measurement of pore size distributions and surface areas using N2 adsorption-desorption
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Hydrothermal synthesis of nanocomposites
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