新型纳米硫化物气敏材料的固相可控合成及性能研究

纳米结构的设计、合成以及性能研究是当今材料研究的重要内容。气体传感器广泛用于化学、化工、环保、安全和日常生活等领域有毒、有害气体的检测与预报，具有广阔的应用前景和巨大的市场需求。开发新型气敏材料并将其纳米化是当前改善气体传感器性能的重要手段，已成为气体传感器领域的研究热点。.本项目采用简单、方便的低热固相合成技术合成新型纳米硫化物气敏材料，在制备的过程中通过辅助手段对材料的化学组成、维度、尺寸、形貌进行调控，探讨其固相形成机理及控制机制，测试其对于多种有毒、有害、易燃、易爆气体的敏感特性。在此基础上，从材料的微观结构- - -形貌及尺寸入手，发现其微结构对性能的影响规律，进而为开发新气敏材料体系，优化气体传感器性能，研制成本低廉、性能良好的新型气体传感器奠定理论基础。

气体传感器广泛用于有毒、有害气体的检测与预报，具有广阔的应用前景。开发新型气敏材料并进行改性研究可以得到性能优异且适于实际应用的气体敏感材料。本项目以金属盐与不同硫源发生低热固相化学反应合成了一系列硫化物纳米材料，利用各种仪器分析手段对合成出的固相产物的化学组成、维度、尺寸、形貌等进行了表征，并将其制作为气敏元件，测试了这些硫化物纳米材料的气体敏感特性，探讨了反应物、产物的分子结构及采用不同手段干涉反应过程对最终固相产物形貌影响的规律，初步掌握了硫化物纳米材料的化学组成、维度、尺寸、形貌等与其气敏性能之间的相关性。尺寸小、比表面积大的硫化物纳米材料具有更好的气敏特性，部分一维硫化物的气敏性能优于零维纳米粒子。与氧化物纳米材料相比，硫化物纳米材料具有更低的工作温度。除硫化锌外，其他硫化物的响应值低于相应的氧化物，但要好于常规硫化物材料。将硫化物纳米材料制成薄膜，与常规非膜化硫化物纳米材料的灵敏度、选择性、稳定性以及响应和恢复特性进行比较，薄膜化对气体的敏感性能没有很大的改善。通过重金属、稀土元素的掺杂对硫化物纳米材料进行的改性研究表明：掺杂贵金属和稀土元素可提高硫化锌、硫化铋、硫化铁等材料的灵敏度，改善对目标气体的响应恢复特性，但对其选择性、稳定性没有很大改善。硫化物之间的复合可在一定程度上改善其选择性，提高其对于目标气体的响应值。此类硫化物纳米材料可作为低工作温度气体传感器的敏感材料进行进一步的研究。