摘 要

随着人们对环境问题的日益关注，气敏传感器在有毒有害、易燃易爆气体方面的监测起到重要作用。一维三氧化钼纳米材料因具有独特的层状结构、比表面积大、多价态等特点而具有气敏研究与应用价值。但是三氧化钼气敏材料存在工作温度高、对低浓度气体检测能力有限等问题。近年来，研究者通过掺杂改性大大提高了三氧化钼气敏材料的气敏性能。

本实验通过水热法制备出钒掺杂的三氧化钼纳米材料，探究不同钒量的掺杂对其气敏性能的影响，测试气敏性能并尝试探究气敏机理。

研究结果表明：钒掺杂后，元件对乙醇的灵敏度增加，V/Mo摩尔比为1/10的器件的最佳工作温度降低为240 ℃，对1000 ppm的乙醇的响应值达22.5，是纯的三氧化钼纳米材料（最佳工作温度332 ℃）的1.73倍，且该材料对于乙醇具有良好的选择性。研究还发现，钒的掺杂会显著降低三氧化钼气敏材料对三甲胺的响应。

关键词：三氧化钼；钒掺杂；气敏性能

Abstract

With the growing concern about environmental issues, gas sensors play an important role in monitoring hazardous, flammable and explosive gas. Molybdenum trioxide one-dimensional nanomaterials have great application potential in the field of gas sensor due to its unique layered structure, large specific surface and multivalent characteristics. However, Molybdenum trioxide nanomaterials are limited due to its high temperature and low gas detection capability. In recent years, researchers have greatly improved Molybdenum trioxide materials’ gas-sensitive performance by doping.

In the dissertation, vanadium-doped molybdenum trioxide nanomaterials are obtained via hydrothermal process to study the impact of different amounts of vanadium doping. The gas sensing property of the products and the sensing mechanism are also investigated.

Research indicates that vanadium doping can improve the sensitivity to ethanol, the optimum operating temperature of the device that V/Mo molar ratio is 1/10 is reduced to 240 degree centigrade and the highest sensitivity is 22.5 to 1000 ppm ethanol gas, which is 1.73 times of pure molybdenum trioxide, what’s more, the material has a relatively good gas selectivity to ethanol. The results suggest that vanadium doping will decrease the material ‘s sensitivity to trimethylamine.

Key Words: molybdenum trioxide; vanadium doping; gas sensing property

目 录

第1章 绪论 1

1.1纳米材料概述 1

1.1.1纳米材料的分类 1

1.1.2纳米材料的制备 1

1.2气体传感元件 2

1.2.1气敏传感材料概述 2

1.2.2气敏传感元件的技术指标 2

1.3 MoO₃的概述 3

1.3.1 MoO₃的晶体结构 3

1.3.2 MoO₃气敏材料的研究现状 4

1.3.3金属氧化物半导体材料掺杂改性 5

1.4本文研究意义与研究内容 6

第2章 V掺杂MoO₃纳米带的制备及表征 7

2.1实验试剂及仪器 7

2.1.1实验试剂 7

2.1.2实验仪器 7

2.2 V掺杂MoO₃纳米带的制备 8

2.3 V掺杂MoO₃纳米带的结构、形貌与性能的表征 8

2.3.1结构与形貌表征 8

2.3.2性能表征 9

第3章 V掺杂MoO₃纳米带的结构、形貌表征 11

3.1物相分析 11

3.2形貌分析 15

第4章 V掺杂MoO₃纳米材料的气敏元件制作及性能研究 16

4.1 气敏元件制作 16

4.2 V掺杂MoO₃纳米带对乙醇气敏性能的研究 16

4.3 V掺杂MoO₃纳米带对三甲胺气敏性能的研究 19

4.4 V掺杂MoO₃纳米带气敏选择性研究 22

第5章 结论与展望 24

5.1结论 24

5.2展望 24

参考文献 25

致谢 29

第1章 绪论

1.1纳米材料概述

纳米是一个长度单位，1 nm=10^-9 m，尺寸相当小，人的头发丝直径相当于6万个纳米。纳米材料又称超微颗粒材料，由于其较大的比表面积、良好的理化性质在各领域得到广泛关注^[1]。

1.1.1纳米材料的分类

纳米材料按其维度大致可分为：零维、一维、二维和三维纳米材料^[2]，其中，零维纳米材料也因其研究时间长、技术较为成熟而成为生产其他三类产品的基础。

（1）零维纳米材料

零维纳米材料指三个维度上都处于纳米尺寸的材料。零维纳米材料具有优良的热学、光学、磁学与化学性质，可用作敏感元件、光电材料、磁流体材料、防辐射材料、吸波隐身材料和抗癌制剂等^[3]。例如量子点材料广泛地应用于太阳能电池、发光二极管、激光器和单电子晶体管中^[4]。

（2）一维纳米材料