金属-有机框架材料(MOFs)在气体传感器中的应用开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着社会的进步和科技的发展,人类步入了信息化时代,信息的采集、转化和处理与人类日常生活和发展密切相关。传感器就是一种能够感受到被测量的信息,并将感受到的信息按照一定的规律转化为电信号或其他可以被处理利用的信息的装置,在满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等方面有着至关重要的作用1。传感器在工业生产、医疗诊断、家居安全、环境监测、国防军事等领域中具有很大的研究价值和发展前景。其中气体传感器的发展较快,在有毒有害气体监测,工业生产和资源采集等方面应用十分广泛。气体传感器种类较多,主要有光学式、电化学式、接触燃烧式、固体电解质式和半导体式2-3。而半导体式传感器因其灵敏度高,稳定性好等优点颇受研究和关注,并大量应用到实际生活,军用民用等方面4

19世纪60年代,研究者最早发现金属氧化物半导体薄膜具有气敏特性,并研制出第一个基于金属氧化物半导体气敏元件后5,经过半个多世纪的发展,目前研究最多的金属氧化物半导体材料(mos)主要有以zno,sno和fe2o3等为主的n型半导体和以cuo、ni2o3和cr2o3等为主的p型半导体6。在n型金属氧化物中,通过与还原气体的反应去除吸附氧,通过覆盖吸附氧来增加电阻,并降低电阻。这些传感器的灵敏度和选择性通过加入异质结构而得到提高。异质结构可以通过促进催化活性、增加吸附和形成电荷载流子耗尽层来提高传感器性能,从而产生更大的电阻调制。大大地提高了气体传感器的性能7

在不同类型的金属氧化物半导体中,zno作为一种典型的宽禁带n型电阻式气敏半导体材料,具有很高的电子迁移率(205-1000)、较大的比表面积、稳定的物理化学特性、生产成本低和无污染等优点已成为金属氧化物气体传感器检测的研究热点材料之一8

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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:以zno为模板材料,与4,5-二氧咪唑反应,形成zno@zif-71核孔异质结构;

材料表征:对zno@zif-71复合材料进行结构表征和气敏性测试,通过xrd、tem、sem、xps等表征手段对其形貌结构及元素构成进行分析。

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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4-7周:按照设计方案,分两步合成zno@zif-71:先合成氧化锌纳米棒晶种层;将氧化锌纳米棒与4,5-二氧咪唑反应制得金属有机复合材料并完成传感器的制备。

第8-11周:对样品进行sem分析、氢气、vocs气敏性能测量第12-14周:总结实验数据,完成并修改毕业论文。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 李峰.金属氧化物半导体核壳纳米纤维的构筑及其气敏特性的研究[d].吉林大学.2018.

[2] 王丽丽.金属氧化物半导体表面态的调控设计及气敏性能的研究[d].吉林大学.2014.

[3] xinran zhou, xiaowei cheng, yongheng zhua,et al. ordered porous metal oxide semiconductors for gas sensing[j]. chinese chemical letters,2018,29:405-416.

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