Ag掺杂SnO2纳米纤维的制备及其气敏特性研究* (2011年)

以聚乙烯醇(PVA)和SnCl2・2H2O为原料采用静电纺丝技术制备纯SnO2及Ag掺杂SnO2纳米纤维。经700℃退火烧结后制得了连续多孑L的SnO2：纳米纤维。研究了Ag的掺杂对SnO2纳米纤维的C2H2气体敏感性能的影响，结果表明Ag的掺杂对SnO2纳米纤维的C2H2气体敏感性能具有明显的影响，在Ag掺杂量为8at％时SnO2纳米纤维对C2H2气体具有最佳的气敏特性，在C2H2气体的体积分数为5 000 ppm温度为200℃时下的灵敏度为166.27。 ### Ag掺杂SnO2纳米纤维的制备及其气敏特性研究 #### 一、引言 本研究探讨了Ag掺杂SnO2纳米纤维的制备方法及其对C2H2气体的敏感性能。SnO2作为一种重要的N型半导体材料，因其良好的光电特性和催化特性，在多种应用领域展现出广阔的应用前景，包括透明导电薄膜、传感器、锂离子电池、太阳能电池、催化剂以及光学技术等。特别地，在气敏传感器方面，SnO2因其高灵敏度、长寿命和低成本而成为研究热点。 #### 二、实验方法与材料 ##### 2.1 实验材料 实验选用的主要原料为聚乙烯醇（PVA）和SnCl2·2H2O。这两种原料通过静电纺丝技术制备出纯SnO2和Ag掺杂的SnO2纳米纤维。此外，还使用了Ag作为掺杂剂，用于改善SnO2纳米纤维的气敏性能。 ##### 2.2 实验步骤 1. **溶液配制**：首先将PVA溶解于去离子水中，形成均匀溶液；然后加入SnCl2·2H2O，并搅拌至完全溶解，制得SnO2前驱体溶液。 2. **静电纺丝**：使用静电纺丝装置将上述溶液纺制成纳米纤维。该过程主要通过高压电场使溶液喷射成细丝，进而形成纳米级纤维。 3. **热处理**：将纺制好的纳米纤维置于高温炉中进行退火处理，温度设定为700℃，以促进纤维结构的稳定化并去除有机成分。 4. **掺杂处理**：在SnO2纳米纤维的基础上，通过特定方法引入不同浓度的Ag，以制备Ag掺杂的SnO2纳米纤维。 #### 三、Ag掺杂对SnO2纳米纤维气敏性能的影响 ##### 3.1 结构与形貌分析 经过700℃退火处理后的SnO2纳米纤维呈现连续多孔结构，这种结构有利于增加纳米纤维的比表面积，从而提高其对气体分子的吸附能力。 ##### 3.2 气敏性能测试 本研究重点考察了Ag掺杂对SnO2纳米纤维C2H2气体敏感性能的影响。通过改变Ag的掺杂浓度，研究了其对SnO2纳米纤维气敏性能的具体影响。实验结果表明，在Ag掺杂量为8at%时，SnO2纳米纤维对C2H2气体展现出最佳的气敏特性。当C2H2气体的体积分数为5000 ppm且温度为200℃时，SnO2纳米纤维的灵敏度高达166.27。 ##### 3.3 机理分析 Ag的掺入能够显著改善SnO2纳米纤维的气敏性能，主要原因在于： - **电子效应**：Ag掺杂引入额外的电子，提高了SnO2纳米纤维的导电性。 - **表面效应**：Ag颗粒的存在增加了纳米纤维表面的活性位点，有助于提高对C2H2气体分子的吸附能力。 - **催化作用**：Ag作为一种良好的催化剂，能够在较低温度下促进C2H2气体分子的分解，从而提高SnO2纳米纤维对C2H2的响应速度和灵敏度。 #### 四、结论 通过静电纺丝技术和高温退火处理成功制备了Ag掺杂的SnO2纳米纤维。实验结果表明，在Ag掺杂量为8at%时，SnO2纳米纤维对C2H2气体具有最佳的气敏特性，灵敏度达到166.27。这一研究成果为开发高性能的C2H2气体传感器提供了新的思路和技术支持。未来的工作将进一步探索不同掺杂元素对SnO2纳米纤维气敏性能的影响，以及优化纳米纤维的结构与制备工艺，以实现更高性能的气敏器件。