SnO2/TiO2复合纳米纤维气敏特性与d(0)铁磁性耦合机制研究

Nonmagnetic metallic oxide have become the research hotspots of gas sensing material to monior the toxic and harmful gases. It is important to study the relationship between the novel d(0) ferromagnetism and gas sensitivity for gas monitoring in the complex electromagnetic environment. With the SnO2/TiO2 as the research object, fabricate SnO2/TiO2 composite nanofibers via electrospinning, establish the relationship between d(0) ferromagnetism and gas sensitivity by First-principles Study calculation software ( VASP\WIEN2k\SIESTA ). This project focuses on the forming process of SnO2/TiO2 composite nanofibers , the effect of fiber structure on gas sensitivity and magnetism, the impacts of enhanced electronic correlation on electronic structure, d(0) ferromagnetism of strong magnetic anisotropy, d(0) ferromagnetism induced by composite defects. Concentrate on the establishment of gas adsorption model of SnO2/TiO2 composite nanofibers, simulate the gas adsorption process, calculate d(0) ferromagnetism, accurately solved the Schrdinger equation, reveal the mechanism of correlation between gas sensing properties and d(0) ferromagnetism via Electron orbital theory. This project provides a theoretical basis for the development of high-performance metal oxide nanofiber gas sensing materials.

非磁性金属氧化物纳米纤维已成为有毒有害气体传感材料的研究热点，其奇特的d(0)铁磁性与气敏性耦合机制研究将对日益复杂的电磁环境下多组份气体的探测具有重要意义。本项目拟以SnO2/TiO2为研究对象，采用静电纺技术制备SnO2/TiO2复合纳米纤维，并结合VASP、WIEN2k、SIESTA等第一性原理计算软件研究d(0)铁磁性与气敏性的耦合机制。重点围绕对多组份气体增敏传感的SnO2/TiO2复合纳米纤维可控制备工艺，纤维结构对气敏性、d(0)磁性的影响，加强的p电子局域、磁各向异性、复合缺陷等对SnO2/TiO2复合纳米纤维d(0)铁磁性的关联性等进行研究，建立SnO2/TiO2复合纳米纤维对多组份气体的吸附模型，通过对薛定谔方程的精确求解，结合电子轨道杂化理论，揭示SnO2/TiO2复合纳米纤维气敏性与d(0)铁磁性耦合机理，为高性能金属氧化物纳米纤维气敏传感材料的开发提供理论依据。

项目研究计划要点：a) 确定静电纺技术的核心工艺参数， 开发出有效的制备无机纳米纤维的静电纺技术； 制备出对特定气体增敏良好的 SnO2/TiO2复合纳米纤维。b) 第一性原理计算结合验中可能出现的缺陷进行SnO2/TiO2 d(0)铁磁性的研究。c) 利用实验中制备的复合纳米纤维的材料信息构建气体吸附模型，开展SnO2/TiO2 复合纳米纤维气敏性与 d(0)铁磁性耦合机制研究。在以上三个研究重点方面取得相应的研究成果，采用静电纺丝法实现SnO2/TiO2系列气敏纳米纤维的可控制备，阐明氧空位在SnO2、TiO2中引入的d0铁磁性，探讨表面氧空位的引入对体系d0铁磁性与气敏性增强关联的机制。由于掺杂及吸附体系的复杂性，对氧空位，异质结及气体吸附共存的研究还不够充分，后续研究工作继续展开。项目完成期间，发表项目资助SCI论文多篇，培养2名博士研究生及 3名硕士研究生，参加国内学术会议2次，访问国内同行进行学术交流，促进自旋电子学与纺织科学与工程及相关领域的发展。这些研究结果对认识非磁性金属氧化物纳米纤维气敏传感材料的共性问题有着重要的科学意义，有助于掌握这些材料在传感器件上的应用。