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贵金属负载的多孔ZnO纳米片气敏传感器在VOCs检测方面的研究

【摘要】:随着现代工业的发展,人们在享受到越来越多便利的同时,也遭受到越来越严重的环境污染危害。根据世界卫生组织(WHO)调查发布,每年有近千万人因为环境污染而导致死亡或过早死亡。尽管污染物主要存在于室外,但人们有80%以上的时间是在室内度过的,因此及时有效的监测室内空气中污染气体就显得尤为重要。气体传感器因为其价格低廉、操作简便、可以实现在线实时监测备受人们关注。半导体氧化物作为一种重要的气敏材料已经被广泛用于污染气体的监测,然而,单一氧化物在灵敏度和气敏检测范围上有着很大的局限,而掺杂贵金属是常用的改善气敏材料传感性能的方法之一。在这些研究基础之上,本文通过简单的水热法合成了多孔氧化锌纳米片,并通过光催化还原、浸渍沉积—H2还原的方法得到贵金属负载的多孔氧化锌纳米片,并将其应用于易挥发性有机物(VOCs)和氯苯类化合物(CBs)的检测。1.金纳米颗粒沉积的单晶多孔ZnO纳米片的制备及其对挥发性有机污染物气敏响应的研究室内空气污染物中危害最大的是挥发性有机污染物(VOCs),通常包含含氧碳氢化合物、卤代烃、芳烃、脂肪族碳氢化合物、萜烯、酯类和醛类七大类,然而传统的气敏传感器致力于提高气敏传感器的选择性,使其仅仅对某种或某一类气体具有较好响应。因此,发展一种可以检测多种挥发性有机污染物的气敏传感器有着十分重要的实际意义。本工作主要目的是研究金沉积的多孔ZnO纳米片对七大类VOCs的气敏响应。首先我们通过水热法合成得到了氧化锌多孔纳米片,然后通过光催化沉积的方法得到了Au沉积的多孔氧化锌纳米片。将所得的气敏材料在不同温度下测定了七大类VOCs的代表性气体,综合了七大类物质以确定其最适温度和最适Au负载量。然后在最适温度下测定了该气敏材料随VOCs气体浓度变化响应值发生的变化,并测定了其稳定性、重复性,以及湿度对气敏响应值的影响。此外,对Au增强气敏性能的机理也进行了分析。2.高分散的Pd纳米颗粒负载的多孔ZnO纳米片气敏材料的制备及其对氯苯类化合物的检测氯苯类化合物是常用的工业溶剂、脱脂剂以及合成塑料、树脂和制药的中间体。氯苯类化合物属于持久性有机污染物,具有“致癌致畸致突变”的“三致作用”,并且有高毒性、亲脂性、生物累积性和持久污染性四种性质。因此,氯苯类化合物一旦被排放到环境中,很容易进行长距离迁移,并且由于其亲脂性,一旦被人体吸收很难再被排出,对人体的危害很大。一般检测水环境中氯苯类化合物的方法比较多,而空气环境中的氯苯类化合物却相对较少。在本工作中,我们通过浸渍法沉积—H2还原的方法得到了高分散的Pd纳米颗粒负载的氧化锌纳米片作为气敏材料测氯苯类化合物。实验证明,高分散的Pd纳米颗粒负载的多孔ZnO纳米片有着较高的选择性、快速的响应/恢复时间和稳定的可重复性。相对湿度对气敏检测的影响也在文中予以讨论。

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