分子印迹Ag-LaFeO3的改性及丙酮气敏性能研究

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丙酮是最简单的酮类,作为最重要的工业溶剂之一,其化学活性高、相对廉价、具有可燃性。此外丙酮也是动物和人体新陈代谢的一种产物,其含量的高低可以反映被测机体健康状况,所以对丙酮气体及时准确的检测非常重要。氧化物半导体气敏传感器具有灵敏度高、稳定性好、造价低、体积小、方便携带等优点,在气体检测领域具有广泛的应用及发展潜力。目前,二元金属氧化物半导体作为气敏材料被广泛研究,但其性能距离实际应用还有很大的差距。本文以分子印迹Ag-LaFeO3(MI-AL)为基体材料,采用不同的模板制备了不同形貌的MI-AL粉体,加入不同先进碳材料对其进行改性。通过各种先进的分析测试手段对所制备的样品进行表征。将制备的气敏材料制作成陶瓷管式气敏传感器并对其气敏性能进行系统的研究,获得的主要结果如下:(1)三种形貌的MI-AL气敏材料的研究以MI-AL溶胶作为基体制备的各种形貌的材料中,纤维状和短棒状材料的灵敏度都较低,但短棒状材料的气敏元件最佳工作温度也较低,只有60℃左右。以自制的碳球为模板,制备了球形的分子印迹Ag-LaFeO3(MI-ALS),并研究了加入不同模板量对其气敏性能的影响。当碳球的质量为30 wt%时,MI-ALS的灵敏度最高,在155℃下,对5 ppm丙酮的灵敏度为23.3,响应恢复时间分别为55 s和60 s,并具有良好的选择性。综合来看,MI-ALS的气敏性能最佳。(2)多壁碳纳米管(MWNTs)改性分子印迹Ag-LaFeO3气敏材料的研究为了提高传感器的气敏性能,采用多壁碳纳米管(MWNTs)对其进行修饰。MWNTs的添加量分别为0.25 wt%,0.50 wt%,0.75 wt%,1.00 wt%和1.25 wt%,当MWNTs添加量为0.75 wt%时,材料灵敏度最大为59,此时的工作温度为86℃,在相同的工作温度下,响应和恢复时间分别为58 s和33 s,选择性较好。(3)氧化石墨烯(GO)改性分子印迹Ag-LaFeO3气敏材料的研究为了研究GO的不同的添加量对材料气敏性能的影响,GO的添加量分别为0.1 wt%,0.25 wt%,0.50 wt%,0.75 wt%,1.00 wt%和1.25 wt%,当GO的添加量为0.25 wt%时,材料对5 ppm丙酮的灵敏度最高为68.78,同时其工作温度为99℃,也较低,响应恢复时间分别为22 s和24 s。对其他气体的灵敏度都在5以下,显示出较好的选择性。本论文创新点主要体现在在特殊形貌的Ag-LaFeO3气敏材料制备和用GO和MWNTs改性Ag-LaFeO3气敏材料两个方面。
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