Highlysensitiveammoniagassensorbasedonmetal-organicframeworks-derivedCoSe2
nitrogen-dopedamorphouscarbondecoratedwithmulti-walledcarbonnanotubes基于金属有机框架CoSe2
氮掺杂非晶碳多壁纳米管装饰的高灵敏度氨气体传感器文献来源:期刊：JournalofAlloysandCompounds
作者：QianMi等
通讯作者：DongzhiZhang
机构：中国石油大学(华东)控制科学与工程学院
简介
氨气(NH3)是日常生活中广泛遇到的气体，常出现在农业肥料、化工系统、食品加工和畜牧业中。它也是生产过程中产生的有害环境污染物之一。当人们长期暴露在氨气浓度过高的环境下时，会对眼睛、皮肤、呼吸系统产生一定的损伤，因此对氨气的实时监测尤为的重要。作者提出了一种基于氮掺杂非晶碳涂层二硒化钴和多壁碳纳米管装饰纳米复合材料(CoSe2
NC/MWCNTs)的高灵敏度氨(NH3)传感器。该传感器可在室温下工作，并且拥有较好的抗潮湿能力。材料的合成ZIF-67的制备：一定量的2-甲基咪唑和硝酸钴分别溶解在甲醇溶液中，在搅拌条件下混合，室温老化24h。将紫色沉淀离心洗涤干燥。
CoSe2
NC的制备：ZIF-67与硒粉混合在管式炉中退火进行硒化，流动的氮气气氛可以保证去除多余的蒸发硒。CoSe2
NC/MWCNTs的制备：将制备好的CoSe2NC加入到去离子水中，加入一定量的稀释后的MWCNTs水溶液，超声10min，使其混合均匀。结果与讨论SEM图像表示CoSe2
NC和MWCNTs很好的结合在一起。TEM图像显示出被原位硒化产生的CoSe2在氮掺杂的纳米碳骨架中。
XPS图像显示碳骨架中N的掺杂与CoSe2的生成。
XRD图像显示材料的成功制备，BET图像显示材料具有介孔结构。
随着MWCNTs掺杂量的增加，传感器电阻值减小，表明MWCNTs具有良好的导电性。当暴露于NH3(还原气体)时，传感器电阻单调下降，表明CoSe2
NC和CoSe2NC/MWCNTs均表现出n型半导体行为。随着NH3浓度的增加，传感器响应呈上升趋势，反映了良好的传感特性，对氨气的检测限为0.1ppm。CoSe2
NC传感器和CoSe2NC/MWCNTs-S2传感器对10ppmNH3的响应/恢复时间分别为15s/62s和4s/47s。由此可见复合MWCNTs后材料的气敏性能的提升。比较不同的气体后发现材料在室温下对于氨气的选择性突出。材料有着优异的响应/恢复性能和长期稳定性。在抗湿度实验中，水分子可能会占据氨气的响应位点导致响应值下降，在43%湿度条件下传感器受影响较小。
材料具有良好气敏性能的原因可能有以下三点：1.根据SEM和TEM表征，MWCNTs的空心纳米管均匀分散在CoSe2
NC上。杂化纳米结构降低了CoSe2NC的团聚，更有利于气体的吸附和解吸2.CoSe2NC/MWCNTs复合材料的大比表面积是提高NH3传感性能的重要因素。3.MWCNTs表现为以空穴为主要载流子的p型半导体，其机理可能是在n型CoSe2NC和p型MWCNTs之间的界面上产生p-n异质结。结论
采用MOF模板法和原位硒化法在环氧基板上制备了CoSe2
NC/MWCNTs传感器。通过一系列的表征证明了复合材料的合成。研究了该传感器在室温、43%RH下暴露于不同浓度NH3时的传感性能。并探讨了湿度对传感器性能的影响。CoSe2NC/MWCNTs-S2传感器灵敏度高，响应/恢复时间短，重复性好，优于其他传感器。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇