基于甲醛气敏性能提升的LaFeO3的改性研究

It is very important to examine formaldehyde correctly and timely, because of its hurmfulness to human health, and which is also the main resource of indoor air pollution. Among many methods, the most simple and rapid method to examine formaldehyde is gas sensors. However, the problems of performance, structure, practicality and cost of sensor have not been solved. In this project, the LaFeO3 powder which modified by metallic ions are synthesized by sol-gel method with microwave, the controllable synthesizing technology, characterization and properties will be studied, the mechanism of doping with metallic ions will be analysed. On this basis, the gas sensing characterization to formaldehyde of modified LaFeO3 will be improved by molecular imprinting method. The anticipative results will lay foundation for new type formaldehyde gas sensor which has the high sensitivity, better selectivity, simple structure and low cost characteristics, operating temperature below 100℃

甲醛是一种对人体健康有很大危害的有毒气体，是室内空气污染的主要来源，因此对甲醛及时准确地检测显得非常重要，其中最为简单快速的方法就是气敏传感器法。目前甲醛气敏传感器在性能、结构、实用性及成本等方面存在诸多不足。本项目拟采用微波辅助溶胶-凝胶法，以LaFeO3为基底材料，开展金属离子掺杂改性LaFeO3材料的控制合成、表征及性能研究，揭示金属离子掺杂影响LaFeO3甲醛气敏性能的机制。在此基础上，通过分子印迹技术，进一步开展提高金属离子掺杂改性LaFeO3对甲醛气敏性能的研究，为在低于100℃的工作温度下具有高灵敏度、高选择性且结构简单、成本低廉的新型室内甲醛气敏传感器奠定基础。

具有钙钛矿结构的稀土复合氧化物LaFeO3因其结构可控、热稳定性好、比单一氧化物具有更好的选择性而成为气敏材料研究的热点。本项目以LaFeO3为基底材料，围绕其对室内有毒有害甲醛气体的气敏性能提升开展改性研究工作。采用微波辅助溶胶—凝胶法，在不同条件下制备得到Ag-LaFeO3粉体，研究了不同原料配比、pH值、制备温度、微波加热条件及热处理工艺等对粉体的形貌、结构等的影响，获得了优化的制备Ag-LaFeO3粉体的工艺技术，以SWCNTs为掺杂改性组分，通过原位掺杂及复合两种方式制备了SWCNTs-Ag- LaFeO3粉体样品，研究不同掺杂方式、SWCNTs掺杂量、热处理工艺等对样品的结构、形貌等的影响，获得了优化的制备SWCNTs-Ag-LaFeO3粉体的工艺技术，在此基础上，进一步采用分子印迹技术，以 HCHO作为模板分子，选取对甲醛具有良好气敏性能的Ag-LaFeO3溶胶作为交联剂，制备Ag-LaFeO3分子印迹聚合物（MIPs），得出优化的分子印迹的控制工艺技术，将所制备的Ag-LaFeO3粉体、SWCNTs-Ag-LaFeO3粉体及MIPs粉体分别制成旁热式气敏元件，研究了其对甲醛的气敏特性（包括灵敏度、最佳工作温度、选择性以及连续监测性等），研究结果表明：经过Ag离子掺杂、SWCNTs复合及分子印迹技术的应用能有效的提升LaFeO3材料对甲醛气体的气敏性能，改性的LaFeO3材料对甲醛气体的检测限均在1ppm以下，工作温度均下降到100℃以下，且具有良好的选择性。已在国内外期刊及学术会议上发表相关研究论文11篇，其中期刊论文9篇（SCI收录8篇，EI收录1篇），会议论文2篇。培养研究生5名，完成预期的研究任务及研究目标。本项目研究成果将为低浓度甲醛气体的快速检测、实用化提供科学依据，具有重要的科学意义。