γ-Fe2O3纳米纤维的丙酮敏感特性

doi:10.7503/cjcu20140457

摘要/Abstract

摘要：

采用静电纺丝法制备了PVP/FeC₆H₅O₇复合纳米纤维, 并将复合纤维在500 ℃高温烧结3 h, X射线衍射分析(XRD)表明, 烧结后的产物为正尖晶石结构的γ-Fe₂O₃晶体. 扫描电子显微镜(SEM)观测结果表明, 制得了直径均匀、连续的复合纳米纤维, 其平均直径约为1000 nm; 烧结后的γ-Fe₂O₃纳米纤维保持了其连续性, 但纤维发生了收缩, 直径较烧结前小, 平均约为600 nm. 比表面积分析表明, γ-Fe₂O₃纳米纤维比表面积为57.18 m²/g. 气敏性能测试结果表明, 230 ℃为γ-Fe₂O₃纳米纤维检测丙酮气体的最佳工作温度. 在此温度下, γ-Fe₂O₃纳米纤维对丙酮气体表现出高响应度[S=6.9, c(Acetone)=7.88×10⁴ mg/m³]和线性度(7.88×10²~1.58×10⁵ mg/m³浓度范围内). 同时, γ-Fe₂O₃纳米纤维气体传感器件还表现出良好的长期稳定性.

关键词: 静电纺丝法, γ-Fe2O3, 纳米纤维, 丙酮, 气体传感

Abstract:

PVP/FeC₆H₅O₇ composite nanofibers were prepared via electrospinning method. After 3 h of calcinations, the composite PVP/FeC₆H₅O₇ nanofibers were turned to γ-Fe₂O₃ nanofibers. X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM) and the Brunauer-Emmett-Teller(BET) method were employed to characterize the products. Before calcinations, the composite nanofibers had smooth and uniform surfaces with an average diameter about 1000 nm. After calcinations, the nanofibers shrank but maintained the continuous structures with an average diameter about 600 nm. When used to detect acetone, sensor based on γ-Fe₂O₃ nanofibers exhibited high response, good linear dependence(7.88×10²—1.58×10⁵ mg/m³), fast response and recovery speed at 230 ℃. The sensor also showed good stability. These properties make the γ-Fe₂O₃ nanofibers good candidates for acetone detection.

Key words: Electrospinning, γ-Fe2O3, Nanofiber, Acetone, Gas sensor(Ed.: F, K, M)

中图分类号:

O611

TrendMD:

杨敏, 刘晓旸, 赵旭东, 李本仙, 王晓峰. γ-Fe₂O₃纳米纤维的丙酮敏感特性. 高等学校化学学报, 2014, 35(8): 1615.

YANG Min, LIU Xiaoyang, ZHAO Xudong, LI Benxian, WANG Xiaofeng*. Acetone Sensing Characteristics of γ-Fe₂O₃ Nanofibers^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(8): 1615.

图/表 9

Fig.1 Schematic image of ceramic tube

Fig.2 XRD pattern of γ-Fe2O3 nanofibers

Fig.3 SEM images of PVP/FeC6H5O7 composite nanofibers(A) and γ-Fe2O3 nanofibers after calcinations(B) Insets are the magnified SEM images of the samples.

Fig.4 N2 adsorption-desorption isotherms(A) and pore size distribution(B) of γ-Fe2O3 nanofibers

Fig.5 Gas response to 7.88×104 mg/m3 acetone vs. operating temperature of the γ-Fe2O3 sensor

Fig.6 Gas response of the γ-Fe2O3 sensors vs. concentration of acetone Inset shows the calibration curve in an acetone concentration range of 7.88×102—1.58×105 mg/m3.

Fig.7 Response and recovery characteristics of the γ-Fe2O3 sensor at 230 ℃ to 7.88×104 mg/m3 acetone

Table 1 γ-Fe2O3 nanomaterials prepared by different methods and the acetone sensing properties

Material	Prepare method	S, R_a/R_g	Response time/s	Recovery time/s	Work temperature/℃	Reference
γ-Fe₂O₃ nanopowder	Solvent method	≈27(7.88×10⁵ mg/m³)	20	100	240	[5]
γ-Fe₂O₃film	Screen printing method	≈2(7.88×10⁴ mg/m³)			330	[23]
γ-Fe₂O₃ nanopowder	Solid phase reaction	≈5(7.88×10⁵ mg/m³)			335	[24]
γ-Fe₂O₃ nanofiber	Electrospinning method	6.9(7.88×10⁴ mg/m³)	24	38	230	This work
γ-Fe₂O₃ nanofiber	Electrospinning method	58.5(7.88×10⁵ mg/m³)	25	41	230	This work

Fig.8 Long-time stability curves of the γ-Fe2O3 sensor

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γ-Fe₂O₃纳米纤维的丙酮敏感特性

Acetone Sensing Characteristics of γ-Fe₂O₃ Nanofibers^†

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