硬模板法合成具有有序介孔结构的钙钛矿型复合氧化物以及其气敏特性的研究

钙钛矿(ABO3)型复合氧化物由于具有催化活性高、热稳定性好和原料廉价易得等优点，作为半导体氧化物气敏材料受到人们广泛的关注。众所周知，半导体氧化物气敏材料的反应活性与表面结构和状态，特别是与比表面积密切相关。传统方法制备的ABO3型复合氧化物的比表面积小(< 5 m2g-1)，不利于其反应活性的提高和敏感特性的改善。本项目拟以几种介孔固体材料为硬模板，合成具有高比表面积和有序介孔结构的ABO3型复合氧化物。以此作为敏感材料构筑高灵敏度、高选择性和高可靠性的气体传感器，实现对几种有毒有害气体简易、快速的检测。研究介孔复合氧化物的化学组成、孔径大小以及孔道结构对于气敏性质的影响，探索其实现敏感功能的物理及化学机制。本项目不仅开辟了制备高性能气敏材料的新路线，而且有可能在气体传感器的物理化学机制上获得新的见解。

采用 SBA-15 为硬模板，通过纳米浇铸法合成了介孔钙钛矿型复合金属氧化物LaFeO3, 利用XRD、SEM、TEM、BET分析表明用硬模板法合成的介孔LaFeO3不但热稳定性好，而且展现出大的比表面积和孔体积。以此为敏感材料构筑了陶瓷湿敏传感器，整个湿度区域显示了异常高的灵敏度、短的响应时间、少的迟滞和长期的稳定性。讨论了介孔LaFeO3材料独特的湿敏机制，实现了高性能湿敏传感器的构筑。以介孔二氧化硅（SBA-15和KIT-6）为硬模板，通过纳米浇铸的方法合成了具有二维直孔道的SnO2、CO3O4以及具有三维交叉孔道的CO3O4。它们具有比表面积高、孔体积大、热稳定好等优点。以此为敏感材料构筑的气体传感器对于对易挥发性有机气体表现出比普通体相的纳米颗粒更高的灵敏度、更好的响应-恢复特性及选择性，讨论了介孔结构对于气敏特性的影响，实现高性能挥发性有机气体传感器的构筑。采用SBA-15和KIT-6为硬模板，开发了Pd/SnO2及Fe/In2O3敏感材料，它们具有高比表面积、有序介孔孔道以及高结晶度的孔壁。以此构筑的H2及NO2气体传感器相比于普通方法制作相同组成的体相材料，展现出灵敏度高、检测下限低及响应迅速等特性。除此之外，制作了新型接触燃烧型甲烷传感器（Pd/SBA-15，Pd/HMS），与市售甲烷报警器相比，提高了灵敏度、抑制了劣化、并且大大降低了成本。