锰的不同价态氧化物纳米多孔网络结构模板法制备及气敏性能研究

我国政府把环境保护确立为基本国策，把实施可持续发展作为国家战略。瓦斯爆炸事故频发使得人们对可燃气体的监测问题更加重视。对低浓度可燃有毒气体实施常温下的实时监控是亟待解决且具有挑战性的课题！而能对可燃或有毒气体产生敏感信号，并能稳定存在且具有高的响应灵敏度的材料是解决这一问题的关键所在。本项目开展了锰的不同价态氧化物纳米多孔网络结构制备及其气敏性能的基础研究。水溶液体系中，生物膜模板控制下，调控合成不同价态锰的氧化物纳米多孔网络结构，并考察其对可燃性、有毒气体的气敏效应，同时建立晶型、尺寸与气敏性能关系模型。为可变价态金属氧化物纳米多孔网络结构的获得提供思路，为新型气敏结构的研制及其敏感机理研究提供理论基础和科学依据，为有效预防可燃气体爆炸和抑制有毒气体排放提供理论支持。

纳米半导体网络结构因为具有大的比表面积在气体传感领域具有广阔的应用前景，因而引起广泛的关注。锰的氧化物具有可变化合价，有望对还原性、氧化性气体都能够产生敏感活性。本项目以构筑具有纳米网络结构的氧化物气敏元件为目标开展了系列工作，取得了一些研究成果：利用生物膜模板法、静电纺丝法等在溶液体系中，获得了系列氧化物及其复合材料的纳米网络结构，如SnO2、SnO2/C、Sn- SnO2/C、MnO2、Mn3O4、SnO2/In2O3等。掌握了煅烧温度、煅烧时间、溶液浓度、体系的pH值等对网络结构生成的影响。研究了以上几种纳米多孔网络结构的气体敏感性能，发现MnO2对NH3气具有很好的选择性，并发现了其对NH3气的响应最佳浓度和最佳响应温度；Mn3O4对低浓度的还原性气体如CO、CH4气等均具有良好的响应性能；相同物质的网络结构材料具有更高的灵敏度；同为网络结构的SnO2/C比纯的SnO2具有更高的响应灵敏度。在研究气体敏感性能的同时，对网络结构材料在药物包覆、超级电容器、重金属离子分离富集等方面的应用研究做了初步的尝试。. 通过研究小组的努力，顺利完成了项目申请书中的既定研究内容和目标。截至目前，研究小组在国际期刊发表SCI论文10篇，申请发明专利1项，参加国际会议1次，国内学术会议1次，培养研究生5名。虽然完成了既定的目标，但是关于气体敏感性能与气体浓度的定量关系研究还处于探索阶段，需要更深入地进行研究。