有序介孔氧化锌/氧化锡及其复合材料制备和气敏/发光特性研究

In this study, the pure ZnO and stannic oxide ordered mesoporous materials will be synthesized, and their gas sensing characteristics will be inspected. The surfaces of prepared mesoporous materials will be activated, and the organic group of EDTA and sulfydryl are grafted on surfaces of the activation mesoporous materials. By the stronger complexation, the others gas sensitivity semiconductor metal ions are grafted on the surfaces of the prepared functional mesoporous materials, and the composite materials are achieved by high temperature calcination. The mesoporous materials have stranger adsorptivity to the gases, and the order mesoporous materials have stranger anti desorption capacity. The surface of the porous nanomaterials can absorb more oxygens, and translate them into oxygen ions. The target gas molecules can react with the oxygen ions, and make the resistance change. So, the prepared composite materials have the higher gas sensing characteristics. At the same time, the transition layers can be formed at the phase interfaces, and formed PN junction, which will raise the gas sensitivity of the prepared materials. The rare earthes ions are introduced into the porous of the prepared pure ZnO mesoporous materials and its organic functional composite materials, or ZnO/rare earth composite materials are introduced into the pores of the mesoporous silica, and prepare luminescent composite materials. The luminescent character of the rare earth ion will be heightened by the unique ultraviolet radiation absorption and energy transfer of the ZnO.

本研究首先合成纯ZnO，氧化锡有序介孔材料，考察制备的纯介孔材料的气敏特性；对上述制备的介孔材料表面进行活化处理，然后将EDTA、巯基等有机基团嫁接到活化后的介孔材料表面上；借助有机官能团强的络合能力，将具有气敏特性的金属离子嫁接到功能化介孔材料表面上，通过高温煅烧，得到复合材料；由于介孔材料对气体具有极强的吸附能力，同时，有序介孔结构对气体具有相对较强的防脱能力，多孔结构的纳米材料表面会吸附更多的氧，并将其转变成氧离子，目标气体分子会与氧离子作用，使得阻值发生变化，因而气敏性能更好。同时，通过高温扩散过程，可以在两相界面上得到一个过渡层，形成PN结，提高制备材料的气敏灵敏度；在合成纯ZnO有序介孔材料及其有机功能化复合材料的孔道中组装稀土离子，或将ZnO/稀土复合材料组装到介孔二氧化硅孔道中，制备发光复合材料，借助ZnO 对紫外光较强的吸收和能量传递特性，提高稀土离子的发光特性。

本项目2015年立项，主要是围绕氧化锌，二氧化锡等为基体，制备相应的气敏材料和具有光响应的材料等方面开展工作。依据任务书的要求，共开展了3个方向的工作：. 1）气敏材料方向 主要是开展了以氧化锌，二氧化锡和氧化石墨烯等为基体的气敏材料的研制工作，然后将这些材料组装成气敏传感器，用于检测NOx，H2S和乙醇等气体。制备材料拥有多孔或层状结构。通过这样的结构设计，可以有效提高材料的对测试气体的响应速率，提高气体测试的灵敏度，降低测试的检出限。. 2）发光材料方向 主要开展了以多孔结构的ZnO和SBA-15为基体，稀土有机盐和稀土有机配合物为客体构筑稀土发光材料的研究工作。制备材料拥有独特的微观形貌，通过这些形貌的控制，提高激发光的利用效率，减少基体材料对激发光的反射，提高基体材料对激发光的传递效率，进而实现提高材料发光强度的目的。. 3）光催化材料方向 主要开展了以ZnO，氧化石墨烯和SnO2等为基体，构筑功能光催化材料方面的研究工作，旨在实现光催化降解有机污染物同时，高效率产氢的目的。我们构筑的多孔和花状结构的可见光催化剂，具有非常高的缺陷浓度，并构筑了一个缺陷能级，通过这样的方式，实现光生电子和空穴的有效分离，进而提高材料的光催化效率。. 在本项目的执行期内，本课题组共制备了各类金属氧化物基纳米材料40余种，目前，已经完成28份完整的工作，已经发表学术论文28篇，包括SCI索引学术论文27篇，其中EI索引学术论文1篇；申请国家发明专利7件，其中授权国家发明专利1件；培养各类人才共计41人，包括硕士研究生18人，本科生24人。本项目目前已完成的学术论文指标是计划指标上限的4.7倍，完成的国家发明专利指标是计划指标的2.4倍，已超额完成了任务书规定的所有研究内容，完全达到了要求的技术指标和预期研究成果。