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气体传感技术在环境检测、化学过程控制、农业和医学应用等方面起着至关重要的作用,特别是对于一些行业,检测含氮有害气体如二氧化氮(NO2)和三乙胺(TEA)等非常重要。半导体传感器的原材料具有易获得、制造工艺简单、成本低等一系列特点,被广泛用于检测各种有毒有害气体,但是需要在较高的环境温度下操作和选择性较差的特点极大地限制了该材料在传感器领域的应用。二维石墨烯因其大比表面积、良好的导电性和机械性被认为是一种具有前途的气敏材料。近年来,研究人员尝试将金属氧化物半导体(MOS)与石墨烯或石墨烯衍生物复合,进而提高MOS的气敏性能。本论文旨在探索以NiO、WO3等金属氧化物半导体与其它半导体材料如BiVO4等复合形成p-n异质结,再利用还原氧化石墨烯(rGO)对异质结界面进行修饰和调控,合成在低温下具有高气敏性能的半导体金属复合氧化物。本实验中合成的新型三元异质结气敏材料在传感器领域还未有人进行。主要研究内容如下:1.为了提高p型半导体NiO的气敏性能,半导体异质结与rGO复合被认为是一种有效的改进方法。本文通过两步氧化改进的Hummers方法合成氧化石墨烯(GO),并通过简单的水热和金属有机分解法成功合成了 3.7 wt%rGO-NiO-BiVO4纳米复合物。气敏测试结果表明,该三元材料在60℃低温下对2 ppm NO2表现出快速响应能力,并且响应值分别是rGO-NiO和纯NiO的4倍和8倍。探究了该材料对多种还原性气体如甲醛、甲苯等的气敏响应,发现对NO2的响应最高。气敏性能的提高归因于异质结界面电子的快速转移和负载rGO后表面积和缺陷浓度的增加。该工作对提高p型半导体的气敏性能具有参考价值。2.为了提高WO3对三乙胺(TEA)的气敏性能,通过水热和热还原法成功合成了 WO3-NiO-rGO(5.5 wt%)纳米复合物,该三元材料在130℃工作温度下对TEA的响应是纯WO3的4倍,对7.5 ppm TEA的响应时间极短仅为16 s,响应极限浓度仅需0.561 ppm。详细讨论了气敏增强机理,归因于异质结的形成和rGO的引入,前者降低势垒有利于载流子的传输,后者增大了比表面积并加快电子迁移速度。该研究有望在开发rGO-MOS和异质结气体传感器方面广泛应用。