光沉積Pd修飾Bi2WO6微米花用作乙醇?xì)饷魝鞲衅?/h1>
2020-04-26 08:29:26邢霞霞馮東亮
儀表技術(shù)與傳感器 2020年3期
陳 建，邢霞霞，馮東亮
(南開(kāi)大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院，天津 300350)
0 引言
鎢酸鉍(Bi2WO6)是最簡(jiǎn)單的Aurivillius類(lèi)化合物，晶體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，Bi2O2和WO6兩層交錯(cuò)排列，是典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)［1－3］。同時(shí)，Bi2WO6為一種寬帶隙的 n 型半導(dǎo)體，帶隙寬度為 Eg=2.69 eV［4－5］。近年來(lái)，Bi2WO6由于其良好的性能在發(fā)光［6］、光催化［7］、超級(jí)電容［8］、傳感［9］等領(lǐng)域均有應(yīng)用。
Bi2WO6的合成主要有高溫固相法［10］、溶膠凝膠法［11］、水熱法［12］、微波輔助法［13］等方法。其中水熱法由于操作簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)勢(shì)，在Bi2WO6合成中應(yīng)用廣泛。此外，人們通過(guò)多種途徑對(duì)純Bi2WO6進(jìn)行改性，以得到更高性能的Bi2WO6材料。姜宇晴［14］等將Bi2WO6與石墨烯復(fù)合，得到了高性能的光催化材料。羅序燕［15］等通過(guò)Ag+摻雜Bi2WO6得到了高性能的光催化材料。然而人們對(duì)Bi2WO6的改性研究主要應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，而氣敏傳感領(lǐng)域研究很少。
本文首先通過(guò)水熱法得到Bi2WO6微米花，然后通過(guò)光沉積的方法得到Pd修飾的Bi2WO6微米花。并將Pd修飾的Bi2WO6應(yīng)用于乙醇?xì)怏w檢測(cè)。通過(guò)SEM，XRD等手段對(duì)Pd修飾的Bi2WO6進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征。通過(guò)靜態(tài)分析系統(tǒng)探究了Pd修飾前后Bi2WO6的氣敏元件對(duì)乙醇的氣敏性能。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 Bi2WO6 微米花的合成
通過(guò)水熱法制備Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:稱(chēng)取1.21 g五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)溶解于 5 mL濃度為 2.88 mol/L的硝酸(HNO3)溶液中。超聲至完全溶解后，向溶液中加入10 mL去離子水，繼續(xù)超聲幾分鐘。稱(chēng)取0.45 g二水合鎢酸鈉(Na2WO4·2H2O)，加入15 mL去離子水，在磁力攪拌下完全溶解，完全溶解后，向鎢酸鈉溶液中加入300 μL曲拉通(triton X－100)，繼續(xù)攪拌至完全溶解。鎢酸鈉溶液持續(xù)磁力攪拌，并向鎢酸鈉溶液中逐滴滴加硝酸鉍溶液，滴加過(guò)程中有淡黃色沉淀生成。硝酸鉍溶液完全滴加后，繼續(xù)磁力攪拌30 min，然后將形成的懸浮液轉(zhuǎn)移到50 mL的聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，然后將反應(yīng)釜內(nèi)襯密封于不銹鋼外套中，將不銹鋼外套置于鼓風(fēng)干燥箱中，在180℃溫度條件下保溫20 h。反應(yīng)完成后，將高壓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，然后，將內(nèi)襯取出，將沉淀與上清液抽濾分離，并用去離子水與乙醇分別清洗幾次，抽濾完成后，將樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中60℃下過(guò)夜烘干。得到的樣品命名為Bi2WO6。
1.2 Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的合成
利用光沉積的方法將貴金屬鈀修飾到Bi2WO6微米花表面，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:稱(chēng)取0.2 gBi2WO6微米花粉末，加入到80 mL去離子水中，超聲分散。再向上述懸浮液中加入20 mL的甲醇，將上述懸浮液持續(xù)攪拌數(shù)分鐘。再重復(fù)上述操作，制取相同懸浮液共4份，向上述懸浮液中分別加入不同量的氯化鈀鹽酸溶液，分別為0.5、1、2、4 mL 的濃度為1.25 mmol/L 的氯化鈀鹽酸溶液，然后繼續(xù)磁力攪拌幾分鐘，幾分鐘后，對(duì)懸浮液進(jìn)行光照，光照條件為功率為300 W的氙燈光源在全光區(qū)對(duì)懸浮液光照30 min。光照完成后，將沉淀抽濾分離，并用去離子水和乙醇分別洗滌數(shù)次，然后將得到樣品置入鼓風(fēng)干燥箱中。60℃溫度條件下過(guò)夜烘干樣品，得到的樣品分別命名為 0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6。鈀光沉積修飾鎢酸鉍微米花結(jié)構(gòu)的合成示意圖如圖1所示。
圖1 Pd光沉積修飾Bi2WO6微米花的合成示意圖
1.3 氣體傳感器件的構(gòu)筑
將合成好的Bi2WO6微米花粉末與鈀光沉積修飾的Bi2WO6微米花粉末構(gòu)筑成氣敏傳感器件，具體過(guò)程如下:取一定量的樣品粉末，加入到瑪瑙研缽中，再向瑪瑙研缽中滴加適量的松油醇，研磨幾分鐘，使得粉末樣品形成漿體。然后用小筆刷將漿體涂覆到陶瓷管表面，將陶瓷管放入鼓風(fēng)干燥箱中在60℃溫度條件下，保溫烘干30 min。然后將陶瓷管置于馬弗爐中，在400℃條件下退火2 h，升溫時(shí)間為100 min。然后將陶瓷管焊接到器件底座，將Ni－Cr加熱電阻絲穿過(guò)陶瓷管，焊接到器件底座。將底座插到測(cè)試板上，利用WS－30B氣敏傳感測(cè)試平臺(tái)對(duì)傳感器件進(jìn)行測(cè)試。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 樣品結(jié)構(gòu)表征
為了表征實(shí)驗(yàn)合成得到的Bi2WO6與鈀光沉積修飾的Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)的物相信息，利用X射線粉末衍射技術(shù)對(duì)合成的樣品粉末進(jìn)行了物相分析，如圖2即得到樣品粉末的XRD圖譜。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，XRD 圖譜在 28.3°，32.7°，47.1°，55.8°，58.7°左右出現(xiàn)了特征峰，將得到的圖譜與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比發(fā)現(xiàn)，測(cè)試得到的譜圖的特征峰與PDF#73－1126卡片的特征峰對(duì)應(yīng)。28.3°處的特征峰對(duì)應(yīng)的晶面為(113)晶面，32.7°左右的特征峰半高寬大，對(duì)應(yīng)了(200)，(020)等晶面，47.1°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(026)，(220)等晶面，55.8°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(313)，(133)等晶面，58.7°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(226)，(218)等晶面，說(shuō)明得到的樣品粉末為正交相的鎢酸鉍，晶格常數(shù)為 a=5.457 A(1 A=0.1 nm)，b=5.436 A，c=16.427 A。
圖2 Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的XRD圖譜
經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6等樣品的 XRD 圖譜中，除了鎢酸鉍的特征峰外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與鈀相關(guān)的特征峰，這可能是因?yàn)殁Z的含量過(guò)低造成的。
利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP)對(duì)Pd修飾的Bi2WO6微米花中Pd的含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示。
2.2 樣品形貌表征
Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的SEM圖片如圖3所示。
表1 Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)中鈀的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %
圖3 Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的SEM圖片
由圖3(a)可知，本實(shí)驗(yàn)合成得到的Bi2WO6形貌呈納米片組裝成的微米球，球體直徑約為2 μm。圖3(b)～圖3(e)為Pd光沉積修飾后的Bi2WO6微米花，由圖可以看出，鈀修飾后的Bi2WO6微米花與修飾前的微米花形貌幾乎沒(méi)有變化，表明光沉積修飾過(guò)程對(duì)Bi2WO6微米花的形貌沒(méi)有影響。
2.3 樣品氣敏性能
首先對(duì)Pd修飾的Bi2WO6微米花的最佳工作溫度進(jìn)行了探究，具體過(guò)程如下:在240～370℃范圍內(nèi)，選取5個(gè)不同的溫度，對(duì)材料進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，在本次最佳工作溫度的探究過(guò)程中，采取的目標(biāo)氣體是乙醇揮發(fā)氣，乙醇?xì)怏w的濃度為200 ppm。每種氣敏傳感器在某一特定溫度下，對(duì)200 ppm的乙醇進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，得到一個(gè)靈敏度，將這些靈敏度繪制成圖，結(jié)果如圖4所示。
圖4 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花在不同工作溫度下對(duì)200 ppm的丙酮的靈敏度
根據(jù)圖4可知，Pd修飾的Bi2WO6微米花在300℃時(shí)的靈敏度相對(duì)于其他溫度，對(duì)200 ppm濃度的乙醇的靈敏度最高。表明Pd修飾的Bi2WO6微米花對(duì)乙醇的檢測(cè)的最佳溫度為300℃。而純相Bi2WO6微米花在240～370℃之間，對(duì)200 ppm濃度的乙醇的靈敏度持續(xù)增高，沒(méi)有達(dá)到最高靈敏度，表明純相Bi2WO6微米花對(duì)乙醇檢測(cè)的最佳溫度大于300℃。由上述結(jié)果可以推斷出，貴金屬Pd的修飾，降低了Bi2WO6微米花對(duì)乙醇檢測(cè)的最佳溫度。
另一方面，在 300 ℃ 時(shí)，Bi2WO6，0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6對(duì) 200 ppm 的乙醇的靈敏度分別為 11，54，72，17，13。由此可知，Pd修飾的Bi2WO6微米花相比于純相Bi2WO6微米花對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)的靈敏度均有提高，且1Pd－Bi2WO6微米花性能提高最明顯，性能提高了約6.5倍。
圖5(a)為純相 Bi2WO6微米花與 Pd修飾的Bi2WO6微米花在300℃下對(duì)不同濃度乙醇的即時(shí)響應(yīng)恢復(fù)曲線。由圖可知，隨著乙醇濃度增大，材料對(duì)乙醇的響應(yīng)的靈敏度隨之增大。圖5(b)為Bi2WO6微米花與Pd修飾的Bi2WO6微米花對(duì)乙醇濃度與靈敏度之間的關(guān)系曲線。由圖可以看出，樣品對(duì)乙醇的響應(yīng)的靈敏度與乙醇濃度之間呈現(xiàn)良好的線性。這種良好的線性有助于在實(shí)際應(yīng)用中的定量檢測(cè)。
圖5 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器在300℃時(shí)對(duì)乙醇的氣敏特性曲線
響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間是氣敏傳感器的另一重要參數(shù)，表征了材料對(duì)目標(biāo)氣體的響應(yīng)快慢。圖6為1Pd－Bi2WO6微米花在300℃下，對(duì)200 ppm的乙醇的單圈響應(yīng)恢復(fù)循環(huán)曲線。由曲線可知，1Pd－Bi2WO6微米花對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)恢復(fù)很快，時(shí)間分別為7 s和3 s。
圖6 1Pd－Bi2WO6微米花傳感器在300℃時(shí)對(duì)200 ppm乙醇的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間
傳感器的選擇性是另一重要參數(shù)，表征了傳感器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的抗干擾能力的強(qiáng)弱。將目標(biāo)氣體的靈敏度與干擾氣體的靈敏度數(shù)值相除，得到選擇性(記為S’)的數(shù)值，其結(jié)果如圖7所示。根據(jù)圖7所示，所有傳感器件在300℃下，對(duì)200 ppm乙醇的響應(yīng)的靈敏度明顯高于丙酮、甲醇、異丙醇等干擾氣體。表明本實(shí)驗(yàn)得到的材料具有良好的選擇性，具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛能。
圖7 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器對(duì)干擾氣體的靈敏度
3 結(jié)論
本文通過(guò)水熱法合成了純相Bi2WO6微米花，然后通過(guò)光沉積的方法在Bi2WO6微米花表面修飾了不同含量的Pd。將這些材料制成傳感器，對(duì)這些傳感器進(jìn)行了乙醇?xì)饷魴z測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在300℃下，Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器的靈敏度提高了純相Bi2WO6微米花傳感器對(duì)乙醇的靈敏度。且當(dāng)Pd的修飾量為0.05%(1Pd－Bi2WO6)時(shí)，對(duì)200 ppm 的乙醇的靈敏度為72，是純相Bi2WO6微米花傳感器的6.5倍左右。且1Pd－Bi2WO6微米花傳感器對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為7 s和3 s。此外，本實(shí)驗(yàn)合成構(gòu)筑的傳感器對(duì)乙醇表現(xiàn)出良好的選擇性。表明Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器在乙醇檢測(cè)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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Bi2WO6的合成主要有高溫固相法［10］、溶膠凝膠法［11］、水熱法［12］、微波輔助法［13］等方法。其中水熱法由于操作簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)勢(shì)，在Bi2WO6合成中應(yīng)用廣泛。此外，人們通過(guò)多種途徑對(duì)純Bi2WO6進(jìn)行改性，以得到更高性能的Bi2WO6材料。姜宇晴［14］等將Bi2WO6與石墨烯復(fù)合，得到了高性能的光催化材料。羅序燕［15］等通過(guò)Ag+摻雜Bi2WO6得到了高性能的光催化材料。然而人們對(duì)Bi2WO6的改性研究主要應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，而氣敏傳感領(lǐng)域研究很少。
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1 實(shí)驗(yàn)
1.1 Bi2WO6 微米花的合成
通過(guò)水熱法制備Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:稱(chēng)取1.21 g五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)溶解于 5 mL濃度為 2.88 mol/L的硝酸(HNO3)溶液中。超聲至完全溶解后，向溶液中加入10 mL去離子水，繼續(xù)超聲幾分鐘。稱(chēng)取0.45 g二水合鎢酸鈉(Na2WO4·2H2O)，加入15 mL去離子水，在磁力攪拌下完全溶解，完全溶解后，向鎢酸鈉溶液中加入300 μL曲拉通(triton X－100)，繼續(xù)攪拌至完全溶解。鎢酸鈉溶液持續(xù)磁力攪拌，并向鎢酸鈉溶液中逐滴滴加硝酸鉍溶液，滴加過(guò)程中有淡黃色沉淀生成。硝酸鉍溶液完全滴加后，繼續(xù)磁力攪拌30 min，然后將形成的懸浮液轉(zhuǎn)移到50 mL的聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，然后將反應(yīng)釜內(nèi)襯密封于不銹鋼外套中，將不銹鋼外套置于鼓風(fēng)干燥箱中，在180℃溫度條件下保溫20 h。反應(yīng)完成后，將高壓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，然后，將內(nèi)襯取出，將沉淀與上清液抽濾分離，并用去離子水與乙醇分別清洗幾次，抽濾完成后，將樣品置于鼓風(fēng)干燥箱中60℃下過(guò)夜烘干。得到的樣品命名為Bi2WO6。
1.2 Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的合成
利用光沉積的方法將貴金屬鈀修飾到Bi2WO6微米花表面，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:稱(chēng)取0.2 gBi2WO6微米花粉末，加入到80 mL去離子水中，超聲分散。再向上述懸浮液中加入20 mL的甲醇，將上述懸浮液持續(xù)攪拌數(shù)分鐘。再重復(fù)上述操作，制取相同懸浮液共4份，向上述懸浮液中分別加入不同量的氯化鈀鹽酸溶液，分別為0.5、1、2、4 mL 的濃度為1.25 mmol/L 的氯化鈀鹽酸溶液，然后繼續(xù)磁力攪拌幾分鐘，幾分鐘后，對(duì)懸浮液進(jìn)行光照，光照條件為功率為300 W的氙燈光源在全光區(qū)對(duì)懸浮液光照30 min。光照完成后，將沉淀抽濾分離，并用去離子水和乙醇分別洗滌數(shù)次，然后將得到樣品置入鼓風(fēng)干燥箱中。60℃溫度條件下過(guò)夜烘干樣品，得到的樣品分別命名為 0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6。鈀光沉積修飾鎢酸鉍微米花結(jié)構(gòu)的合成示意圖如圖1所示。
圖1 Pd光沉積修飾Bi2WO6微米花的合成示意圖
1.3 氣體傳感器件的構(gòu)筑
將合成好的Bi2WO6微米花粉末與鈀光沉積修飾的Bi2WO6微米花粉末構(gòu)筑成氣敏傳感器件，具體過(guò)程如下:取一定量的樣品粉末，加入到瑪瑙研缽中，再向瑪瑙研缽中滴加適量的松油醇，研磨幾分鐘，使得粉末樣品形成漿體。然后用小筆刷將漿體涂覆到陶瓷管表面，將陶瓷管放入鼓風(fēng)干燥箱中在60℃溫度條件下，保溫烘干30 min。然后將陶瓷管置于馬弗爐中，在400℃條件下退火2 h，升溫時(shí)間為100 min。然后將陶瓷管焊接到器件底座，將Ni－Cr加熱電阻絲穿過(guò)陶瓷管，焊接到器件底座。將底座插到測(cè)試板上，利用WS－30B氣敏傳感測(cè)試平臺(tái)對(duì)傳感器件進(jìn)行測(cè)試。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 樣品結(jié)構(gòu)表征
為了表征實(shí)驗(yàn)合成得到的Bi2WO6與鈀光沉積修飾的Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)的物相信息，利用X射線粉末衍射技術(shù)對(duì)合成的樣品粉末進(jìn)行了物相分析，如圖2即得到樣品粉末的XRD圖譜。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，XRD 圖譜在 28.3°，32.7°，47.1°，55.8°，58.7°左右出現(xiàn)了特征峰，將得到的圖譜與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比發(fā)現(xiàn)，測(cè)試得到的譜圖的特征峰與PDF#73－1126卡片的特征峰對(duì)應(yīng)。28.3°處的特征峰對(duì)應(yīng)的晶面為(113)晶面，32.7°左右的特征峰半高寬大，對(duì)應(yīng)了(200)，(020)等晶面，47.1°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(026)，(220)等晶面，55.8°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(313)，(133)等晶面，58.7°左右的特征峰對(duì)應(yīng)了(226)，(218)等晶面，說(shuō)明得到的樣品粉末為正交相的鎢酸鉍，晶格常數(shù)為 a=5.457 A(1 A=0.1 nm)，b=5.436 A，c=16.427 A。
圖2 Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的XRD圖譜
經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6等樣品的 XRD 圖譜中，除了鎢酸鉍的特征峰外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與鈀相關(guān)的特征峰，這可能是因?yàn)殁Z的含量過(guò)低造成的。
利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP)對(duì)Pd修飾的Bi2WO6微米花中Pd的含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示。
2.2 樣品形貌表征
Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的SEM圖片如圖3所示。
表1 Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花分級(jí)結(jié)構(gòu)中鈀的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %
圖3 Bi2WO6與Pd光沉積修飾的Bi2WO6微米花的SEM圖片
由圖3(a)可知，本實(shí)驗(yàn)合成得到的Bi2WO6形貌呈納米片組裝成的微米球，球體直徑約為2 μm。圖3(b)～圖3(e)為Pd光沉積修飾后的Bi2WO6微米花，由圖可以看出，鈀修飾后的Bi2WO6微米花與修飾前的微米花形貌幾乎沒(méi)有變化，表明光沉積修飾過(guò)程對(duì)Bi2WO6微米花的形貌沒(méi)有影響。
2.3 樣品氣敏性能
首先對(duì)Pd修飾的Bi2WO6微米花的最佳工作溫度進(jìn)行了探究，具體過(guò)程如下:在240～370℃范圍內(nèi)，選取5個(gè)不同的溫度，對(duì)材料進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，在本次最佳工作溫度的探究過(guò)程中，采取的目標(biāo)氣體是乙醇揮發(fā)氣，乙醇?xì)怏w的濃度為200 ppm。每種氣敏傳感器在某一特定溫度下，對(duì)200 ppm的乙醇進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，得到一個(gè)靈敏度，將這些靈敏度繪制成圖，結(jié)果如圖4所示。
圖4 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花在不同工作溫度下對(duì)200 ppm的丙酮的靈敏度
根據(jù)圖4可知，Pd修飾的Bi2WO6微米花在300℃時(shí)的靈敏度相對(duì)于其他溫度，對(duì)200 ppm濃度的乙醇的靈敏度最高。表明Pd修飾的Bi2WO6微米花對(duì)乙醇的檢測(cè)的最佳溫度為300℃。而純相Bi2WO6微米花在240～370℃之間，對(duì)200 ppm濃度的乙醇的靈敏度持續(xù)增高，沒(méi)有達(dá)到最高靈敏度，表明純相Bi2WO6微米花對(duì)乙醇檢測(cè)的最佳溫度大于300℃。由上述結(jié)果可以推斷出，貴金屬Pd的修飾，降低了Bi2WO6微米花對(duì)乙醇檢測(cè)的最佳溫度。
另一方面，在 300 ℃ 時(shí)，Bi2WO6，0.5Pd－Bi2WO6，1Pd－Bi2WO6，2Pd－Bi2WO6，4Pd－Bi2WO6對(duì) 200 ppm 的乙醇的靈敏度分別為 11，54，72，17，13。由此可知，Pd修飾的Bi2WO6微米花相比于純相Bi2WO6微米花對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)的靈敏度均有提高，且1Pd－Bi2WO6微米花性能提高最明顯，性能提高了約6.5倍。
圖5(a)為純相 Bi2WO6微米花與 Pd修飾的Bi2WO6微米花在300℃下對(duì)不同濃度乙醇的即時(shí)響應(yīng)恢復(fù)曲線。由圖可知，隨著乙醇濃度增大，材料對(duì)乙醇的響應(yīng)的靈敏度隨之增大。圖5(b)為Bi2WO6微米花與Pd修飾的Bi2WO6微米花對(duì)乙醇濃度與靈敏度之間的關(guān)系曲線。由圖可以看出，樣品對(duì)乙醇的響應(yīng)的靈敏度與乙醇濃度之間呈現(xiàn)良好的線性。這種良好的線性有助于在實(shí)際應(yīng)用中的定量檢測(cè)。
圖5 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器在300℃時(shí)對(duì)乙醇的氣敏特性曲線
響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間是氣敏傳感器的另一重要參數(shù)，表征了材料對(duì)目標(biāo)氣體的響應(yīng)快慢。圖6為1Pd－Bi2WO6微米花在300℃下，對(duì)200 ppm的乙醇的單圈響應(yīng)恢復(fù)循環(huán)曲線。由曲線可知，1Pd－Bi2WO6微米花對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)恢復(fù)很快，時(shí)間分別為7 s和3 s。
圖6 1Pd－Bi2WO6微米花傳感器在300℃時(shí)對(duì)200 ppm乙醇的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間
傳感器的選擇性是另一重要參數(shù)，表征了傳感器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的抗干擾能力的強(qiáng)弱。將目標(biāo)氣體的靈敏度與干擾氣體的靈敏度數(shù)值相除，得到選擇性(記為S’)的數(shù)值，其結(jié)果如圖7所示。根據(jù)圖7所示，所有傳感器件在300℃下，對(duì)200 ppm乙醇的響應(yīng)的靈敏度明顯高于丙酮、甲醇、異丙醇等干擾氣體。表明本實(shí)驗(yàn)得到的材料具有良好的選擇性，具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛能。
圖7 Bi2WO6微米花傳感器與Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器對(duì)干擾氣體的靈敏度
3 結(jié)論
本文通過(guò)水熱法合成了純相Bi2WO6微米花，然后通過(guò)光沉積的方法在Bi2WO6微米花表面修飾了不同含量的Pd。將這些材料制成傳感器，對(duì)這些傳感器進(jìn)行了乙醇?xì)饷魴z測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在300℃下，Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器的靈敏度提高了純相Bi2WO6微米花傳感器對(duì)乙醇的靈敏度。且當(dāng)Pd的修飾量為0.05%(1Pd－Bi2WO6)時(shí)，對(duì)200 ppm 的乙醇的靈敏度為72，是純相Bi2WO6微米花傳感器的6.5倍左右。且1Pd－Bi2WO6微米花傳感器對(duì)200 ppm的乙醇的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為7 s和3 s。此外，本實(shí)驗(yàn)合成構(gòu)筑的傳感器對(duì)乙醇表現(xiàn)出良好的選擇性。表明Pd修飾的Bi2WO6微米花傳感器在乙醇檢測(cè)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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