摘要
当今，经济和工业快速发展的同时，也引起了环境的污染问题，这给人们的身体健康造成了严重的危害。工业中应用广泛的挥发性有机化合物是造成空气污染的主要污染物，其中，三乙胺作为一种主要的有机溶剂和工业原料，具有强刺激性、有毒且易燃易爆，其泄露会严重威胁人类健康和环境安全。因此，开发出一种简便可靠的三乙胺传感器用于实时检测和监测三乙胺具有十分重要的实际意义。多年来，研究者进行了大量的研究致力于开发高性能气体传感器，而目前的气体传感器仍存在工作温度高、气体选择性差等缺点。ZnO是开发较早且研究较为广泛的一种典型的n型半导体气敏材料。本文以水热合成的纳米片ZnO为基体材料，通过构筑金属-半导体异质结，p-n异质结和n-n异质结，系统的研究了异质结构材料的改性作用，并探讨了其增敏机制。 1.将H2PtCl6?6H2O作为Pt源，通过简单的一步水热-煅烧法制备了Pt修饰的ZnO基异质结构材料Pt/ZnO(Pt:Zn=0.5at%)。UV-vis吸收光谱结果显示，与纯ZnO相比，Pt/ZnO的带隙变窄，证明了Pt和ZnO之间肖特基结的形成。气敏性能测试结果表明，与纯ZnO传感器相比，Pt/ZnO传感器对三乙胺的气体灵敏度和选择性都有了显著的提升。Pt/ZnO中更多的化学吸附氧及肖特基结的形成可能是Pt/ZnO传感器气敏性能增强的主要因素。 2.以Co(CH3COO)2?4H2O为Co源，采用一步水热和退火工艺合成了p-n型异质结构复合物ZnCo2O4/ZnO。其中，5at%-ZnCo2O4/ZnO(ZC/ZnO-2)传感器显示出较为优异的三乙胺敏感能力，包括高至纯ZnO传感器约11倍的灵敏度，以及在5-80ppm三乙胺浓度范围内，ZnCo2O4/ZnO传感器良好的线性响应。HRTEM和UV-vis吸收光谱结果证实了ZnCo2O4/ZnO中p-n异质结的形成。ZnCo2O4/ZnO中显著增加的化学吸附氧和空位氧及p-n结的形成有效的提高了其气敏性能。 3.以SnCl4?5H2O为Sn源，成功制备了不同Zn2SnO4含量的n-n型异质结构复合材料Zn2SnO4/ZnO。UV-vis吸收光谱和XPS测试结果显示，与纯ZnO相比，8at%-Zn2SnO4/ZnO(ZS/ZnO-2)的带隙发生红移且化学吸附氧的含量增加。气敏性能研究结果表明，Zn2SnO4/ZnO起到了一定的增敏作用。Zn2SnO4/ZnO传感器在180℃比纯ZnO传感器呈现出更大的响应值、更快的响应恢复速度和更好的三乙胺选择性。
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