共价有机框架COF-5的制备与气敏性能的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

近几十年来,现代工业发展迅速,随之产生大量工业废气和汽车尾气等有害气体,导致大气污染,给人们的生产生活造成严重影响。同时,易燃易爆气体的泄漏也时常威胁到人们的生命财产安全。因此,人们迫切需要利用高性能的气体传感器来检测这些有害气体,以期达到降低损失的目的。气体传感器是一类能将气体种类及其浓度等有关物理信号转换成电信号的仪器,多用于工业有害气体检测、气体管道泄露检查以及海关安检等。市面上气体传感器多为电阻式气体传感器,其工作原理为[1]:当目标气体与气体传感器接触,目标气体与气敏材料发生物理化学反应,改变气敏材料的电导率,从而对目标气体产生响应。目标气体与气敏材料发生的物理化学反应与气敏材料种类有关,所以气敏材料作为气体传感器的关键组成部分,直接决定气体传感器的灵敏度、选择性、响应时间和稳定性。
  1. 气敏材料一般有以下几种类型:金属氧化物半导体材料、有机材料、碳纳米结构材料、复合材料等。金属氧化物半导体气体传感器以灵敏度高、响应值高以及价格便宜等特点使用最为广泛[2]。但是其最大的缺点是工作温度高,如氧化锌薄膜气体对于氨气检测的最佳工作温度高达350℃[3-7]。这极大限制了使用条件,高温的工作条件也会存在安全隐患。因此寻找制备简单、热稳定性好以及吸脱附性能好的气敏材料对满足人们的需求来说极为重要。

    cofs(covalent organicframeworks)的出现,使得化学家可以根据“网状化学(reticular chemistry)”[8-10]的拓扑学设计理念,成功合成出通过共价键连接的、具有高度有序排列的晶态延伸高分子材料。cofs是一种完全由轻元素(c、o、h、b、si)[11]组成并通过强共价键结合在一起的有机多孔晶态聚合物[9],比起沸石以及介孔硅等多孔材料来说,cofs具有密度低、孔隙率大、比表面积高以及结构稳定性等特点[12],使其具有气体吸附量大、吸脱附速率大以及热稳定性好等优点,这些优点使得cofs材料有作为气敏材料使用的良好潜力。

    cof-5是通过结构设计合成的一种共价有机框架材料,由4, 4-联苯二硼酸(bdba)与2, 3, 6, 7, 10, 11-六羟基三苯(http)通过缩合反应得到[13],组成单体在二维平面上周期性排列,在三维平面上堆叠得到的结构稳定的有机多孔聚合物晶体。

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    2. 研究的基本内容与方案

    2.1 基本内容

    材料制备:采用溶剂热法制备cof-5材料,将制得的材料制成气敏元件;

    材料表征:对cof-5材料进行结构表征和气敏性能测试,通过xrd、sem、傅利叶红外测试等表征手段对其形貌结构及组织成分进行了分析。并ws-30a对制得的气敏元件的气敏性能进行测试。

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    3. 研究计划与安排

    第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

    第4-5周:按照设计方案,制备cof-5材料。

    第6-10周:采用xrd、sem以及傅利叶红外等测试技术对复合材料的物相、形貌以及显微结构进行表征,利用ws-30a对气敏元件的气敏性能进行测试。

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    4. 参考文献(12篇以上)

    [1] mi a l, dong h k, chong-ook p, et al. a new route toward ultrasensitive,flexible chemical sensors: metal nanotubes by wet-chemical synthesis alongsacrificial nanowire templates[j]. acs nano, 2012, 6(1): 598-608.

    [2] qingwu h, dawen z, huayao l, et al. room temperatureformaldehyde sensors with enhanced performance, fast response and recovery based on zinc oxide quantum dots/graphenenanocomposites[j]. nanoscale, 2012, 4(18): 5651-5658.

    [3] patil p,gaikwad g, patil d r, et al. synthesis of 1-d zno nanorods and polypyrrole/1-dzno nanocomposites for photocatalysis and gas sensor applications[j]. bulletinof materials science, 2016, 39: 655-665.

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