SnOsub2_sub纳米片的合成与乙醇气敏性能研究.pdf
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1、Open Journal of Natural Science 自然科学自然科学,2023,11(5),804-808 Published Online September 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ojns https:/doi.org/10.12677/ojns.2023.115096 文章引用文章引用:赵行柏,胡王可汗,吴婷婷,康鼎基,张清倩,龚霄芸,冯学英,胡芮冰,殷艳艳.SnO2纳米片的合成与乙醇气敏性能研究J.自然科学,2023,11(5):804-808.DOI:10.12677/ojns.2023.115096 Sn
2、O2纳米片的合成与乙醇气敏性能研究纳米片的合成与乙醇气敏性能研究 赵行柏赵行柏*,胡王可汗,胡王可汗,吴婷婷吴婷婷,康鼎基康鼎基,张清倩张清倩,龚霄芸,冯学英,胡芮冰,殷艳艳龚霄芸,冯学英,胡芮冰,殷艳艳#南开大学滨海学院环境科学与工程系,天津 收稿日期:2023年5月6日;录用日期:2023年8月24日;发布日期:2023年9月1日 摘摘 要要 在本工作中,我们利用水热法合成在本工作中,我们利用水热法合成了了SnO2纳米片并研究了其乙醇气敏性能。材料表征显示所合成的样品纳米片并研究了其乙醇气敏性能。材料表征显示所合成的样品是四方相是四方相SnO2,结晶性良好,表面形貌是纳米片状,厚度仅有约,
3、结晶性良好,表面形貌是纳米片状,厚度仅有约10 nm。在。在240C的最佳工作温度下,的最佳工作温度下,SnO2纳米片对纳米片对200 ppm乙醇的灵敏度达到乙醇的灵敏度达到36.5,而响应时间和恢复时间分别短至,而响应时间和恢复时间分别短至6 s和和5 s。优异的气敏。优异的气敏性能预示了性能预示了SnO2纳米片在乙醇蒸汽检测方面巨大的应用潜力。纳米片在乙醇蒸汽检测方面巨大的应用潜力。关键词关键词 SnO2,纳米片,乙醇,气敏,纳米片,乙醇,气敏 Synthesis and Ethanol Sensing Performance of SnO2 Nanoplates Xingbai Zhao
4、*,Wangkehan Hu,Tingting Wu,Dingji Kang,Qingqian Zhang,Xiaoyun Gong,Xueying Feng,Ruibing Hu,Yanyan Yin#Department of Environmental Science and Engineering,Nankai University Binhai College,Tianjin Received:May 6th,2023;accepted:Aug.24th,2023;published:Sep.1st,2023 Abstract In this work,we synthesized
5、SnO2 nanoplates using a hydrothermal method and then studied their ethanol sensing performance.The material characterization shows that as-synthesized sample is tetragonal SnO2 with good crystallinity,and a surface morphology of nanoplates with a thickness of only about 20 nm.At the optimal operatin
6、g temperature of 240C,the sensitivity of SnO2 nanop-lates to 200 ppm ethanol reached 36.5,while the response time and recovery time were as short *第一作者。#通讯作者。赵行柏 等 DOI:10.12677/ojns.2023.115096 805 自然科学 as 6 s and 5 s,respectively.The excellent gas sensing performance indicates the enormous appli-ca
7、tion potential of SnO2 nanoplates in ethanol vapor detection.Keywords SnO2,Nanoplates,Ethanol,Gas Sensing Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言
8、近年来,人们在生产生活中接触的气体越来越多,同时对环境中的空气质量愈加重视,作为安全生产、环境保护和智慧家居的前提之一,研发新型气湿敏材料成为当前的研究热点。在众多敏感对象当中,乙醇是工业上最常见的有机溶剂、生活中最常见的饮品,又因为乙醇蒸汽易燃易爆,因此,开发高性能乙醇传感器在化工、交通、食品和疾病监测等方面具有重要的现实意义。目前,基于半导体金属氧化物的气体传感器在检测乙醇方面已经取得了很大进展1 2,然而,较高的工作温度、较低的灵敏度和较长的响应恢复时间依然难以满足实际需要。目前,对气湿敏材料的研究主要集中半导体金属氧化物和导电聚合物。其中,导电聚合物具有能耗低、室温工作、易于加工等优点
9、,然而该类材料却因为自身灵敏度较低,选择性不高,稳定性较差等问题成为其研发的一大障碍;而相比较导电聚合物来说,半导体氧化物具有灵敏度高、原料易得、价格低廉等优点被广泛应用于制备化学电阻型传感器。在众多半导体氧化物材料当中,作为一种明星气敏材料,二氧化锡(SnO2)纳米材料已被广泛应用于检测各种挥发性有机物(VOCs)3。根据晶粒尺寸模型,SnO2的形貌和特征尺寸强烈地影响其气敏性能4。目前为止,文献已经报道了多种形貌的纳米 SnO2,包括纳米颗粒、纳米线、纳米片和纳米花等。其中,SnO2纳米片通常具有较大的比表面积,丰富的表面悬键和较小的特征尺寸,是检测 VOCs 的优秀候选材料5,然而,超薄
10、 SnO2纳米片用于检测低浓度乙醇蒸汽的研究相对较少6。在本文中,我们利用简便的水热法成功合成了 SnO2纳米片。在表征结构和形貌的基础上,我们研究了 SnO2纳米片的乙醇气敏性能。结果显示,SnO2纳米片是一种性能优异的乙醇气敏材料,有望应用于低浓度乙醇蒸汽的检测。2.实验实验 2.1.材料合成与表征材料合成与表征 本文所使用的二水合氯化亚锡和氢氧化钠均为分析纯,无需进一步纯化。首先,在磁力搅拌下将 4.49 mmol 二水合氯化亚锡完全溶解到 15 mL 去离子水中得到均匀溶液。然后,向上述溶液中加入 30 mL 新配制的氢氧化钠溶液(0.4 mol/L)并磁力搅拌 20 min。之后,将
11、上述混合溶液转移到容积为 50 mL 带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中,密封,在 180下反应 10 h。最后,将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤 3 次,在 60下真空干燥 8 h,在马弗炉中 350热处理 1 h,得到棕色 SnO2粉末。样品的结构通过粉末 X 射线衍射(XRD,D/Max2500pc)确定,操作条件为 Cu K1 辐射(=0.15406 nm),管压和管流分别为 40 kV 和 100 mA,扫描速率为 8/min。样品的形貌用场发射扫描电子显微镜(FESEM,Open AccessOpen Access赵行柏 等 DOI:10.12677/ojns.2023.11509
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