氧化鈦基納米結構的表界面調控及其VOCs氣敏性能研究 趙丹 9787559134011 【台灣高等教育出版社】

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書名：氧化鈦基納米結構的表界面調控及其VOCs氣敏性能研究
ISBN：9787559134011
出版社：遼寧科學技術
著編譯者：趙丹
頁數：228
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1737075
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內容簡介
隨著環境污染問題的日益嚴重，基於金屬氧化物半導體微米、納米材料的氣體傳感器的研究受到了廣泛的關注。這種傳感器能夠檢測污染大氣環境的有機揮發性氣體（volatile organic compounds，VOCs）。因為TiO2材料具有穩定的物理化學特性和對VOCs氣體較好的氣敏性能，所以TiO2材料成了目前被研究的主要氣敏材料之一，但相對較高的工作溫度和檢測限限制了其在實際檢測環境中的應用。
《氧化鈦基納米結構的表界面》試圖利用簡單的一步水熱法，通過對不同離子液體的使用，對TiO2材料表面進行調控，從而增大材料的導電性、材料的表面吸附氧含量、合成富含氧空位型TiO2，以及暴露TiO2材料的活性晶面，從而降低材料的工作溫度，提高VOCs氣體檢測的靈敏度並縮短響應時間。
《氧化鈦基納米結構的表界面》研究的內容主要包括以下幾個部分。

作者簡介
趙丹，女，無機化學專業博士，現就職於安陽工學院材料科學與工程學院，主要研究方向為多級結構金屬氧化物材料的製備及其氣敏性能的研究和氣敏機理的分析。目前已發表SCI論文10餘篇。

目錄

前言/序言
隨著環境污染問題的日益嚴重，基於金屬氧化物半導體微米、納米材料的氣體傳感器的研究受到了廣泛的關注。這種傳感器能夠檢測污染大氣環境的有機揮發性氣體（volatile organic compounds，VOCs）。因為TiO2材料具有穩定的物理化學特性和對VOCs氣體較好的氣敏性能，所以TiO2材料成了目前被研究的主要氣敏材料之一，但相對較高的工作溫度和檢測限限制了其在實際檢測環境中的應用。本書試圖利用簡單的一步水熱法，通過對不同離子液體的使用，對TiO2材料表面進行調控，從而增大材料的導電性、材料的表面吸附氧含量、合成富含氧空位型TiO2，以及暴露TiO2材料的活性晶面，從而降低材料的工作溫度，提高VOCs氣體檢測的靈敏度並縮短響應時間。本書研究的內容主要包括以下幾個部分。
第一，筆者以乙醯丙酮氧化鈦（Ⅳ）為原料，以正丁醇、水和冰乙酸為溶劑，通過使用簡單的無模板溶熱法在不額外添加碳源的情況下製備了直徑為30±8nm的C-TiO2納米粒子。C-TiO2傳感器在170℃的最佳工作溫度下對不同碳鏈的醇類氣體表現出優異的氣敏性能。特別是，傳感器響應隨著碳鏈長度（從C1到C5）的增加而增加。該傳感器對100ppm正戊醇的響應靈敏度為11 12，是純銳鈦礦相TiO2的5 4倍。此外，筆者還利用了理論計算、X射線光電子能譜法、氣相色譜法、氣相色譜一質譜法等技術來探索C-TiO2氣體傳感器對正戊醇氣體的氣敏機理，推測出正戊醇氣體被氧化成中間產物正戊醛並最終分解成二氧化碳和水。
第二，筆者通過離子液體蔔十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[C12mim][PF6]）輔助水熱法合成了Ti20（PO4）2複合的二維TiO2納米片材料。納米片的結構可以通過添加不同量的離子液體來進行調節 。利用該複合納米片材料製備的氣體傳感器對三甲胺氣體具有高響應（S=87 46）、快響應速度（14 6s）和良好的重現性，且該傳感器具有較低的最佳工作溫度（170℃）。與純相T102傳感器相比，複合材料傳感器的氣敏性能明顯增強，對0 2-500ppm濃度的三甲胺氣體具有很好的線性關係，檢測下限為0 2ppm。筆者通過分析材料表面吸附氧含量的變化並進一步結合X射線光電子能譜法和氣相色譜法，分析傳感器與三甲胺接觸後的氣態產物的變化，探究了三甲胺氣體的氣敏機理。
第三，筆者以離子液體l一十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽（[C16mim][Br]）作為形貌調節 劑，採用一步水熱法製備了具有氧空位的球形TiO2納米材料。該傳感器在最佳工作溫度170℃下對異丙胺氣體表現出良好的選擇性、抗濕性和長期穩定性，異丙胺氣體的檢測下限可以達到0 2ppm，這對於氣體殘留物的檢測具有巨大的實用價值。傳感器優異的氣敏性能主要歸功於材料表面形成了豐富的氧空位，大大增加了對氣體分子的吸附能力。這種新的傳感器設計策略為擴大非金屬元素摻雜的金屬氧化物半導體的應用提供了參考。
第四，筆者以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[Bmim][BF4]）作為氟源和形貌調節 劑，通過控制水熱反應條件製備了粒徑＜50nm的（001）和（101）面共暴露的TiO2納米立方體。由於活性（001）面的暴露，該傳感器在較低的工作溫度下（170℃）對丙酮氣體具有良好的氣體響應，對100ppm丙酮氣體的響應時間僅為2 2s，檢測下限低至30ppb，而且該傳感器還具有相對優異的選擇性、重現性、抗濕性和長期穩定性。這種基於TiO2納米立方體的傳感器在實際檢測中能夠鑒別健康人和糖尿病患者的呼出氣，這也為糖尿病患者的早期無痛診斷提供了極大的便利。

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