Ni掺杂SnO_2气敏材料优化设计及对低浓度甲醛气敏性能研究

甲醛是室内空气污染的主要气体,严重危害人的身体健康。SnO_2是目前在气体传感器上应用较多的气敏材料。通过一步水热法成功制备了不同Ni掺杂SnO_2立方体。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等表征手段对材料的形貌和结构进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其气敏性能进行了研究。结果表明,Ni掺杂可以有效地改善SnO_2基气体传感器的气敏性能,最佳掺杂浓度为4%(原子分数),进一步掺杂不利于SnO_2气敏性能的提高。从材料的结构和表面缺陷方面对Ni掺杂改善SnO_2的气敏机理进行了分析。Ni掺杂增加了SnO_2材料的比表面积,为气体分子提供了更多的孔洞和间隙,有利于气体分子的吸附和脱附;同时,Ni掺杂降低禁带宽度,产生了更多氧缺陷,从而降低了工作温度并有利于吸附氧的产生,优化了SnO_2的气敏性能。