三维有序In2O3纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响

doi:10.7503/cjcu20200782

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (6): 1730.doi: 10.7503/cjcu20200782

三维有序In₂O₃纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响

孙浩¹, 宫杰¹^,²(), 杨燕¹, 王新庆³(), 陈慧东³

^1.中国计量大学机电工程学院
^2.现代科技学院
^3.材料科学与工程学院, 杭州 310018

收稿日期:2020-10-28 出版日期:2021-06-10 发布日期:2021-06-08
通讯作者: 宫杰 E-mail:jlsfdxgj@163.com;Wxqnano@cjlu. cn
作者简介:王新庆, 男, 博士, 教授, 主要从事功能纳米材料合成及性能研究. E-mail: Wxqnano@cjlu. cn
基金资助:
国家自然科学基金(51172220)

Synthesis of Three-dimensional Ordered In₂O₃ Nanowire Arrays and the Effect of Nanostructure Order on Gas Sensitivity

SUN Hao¹, GONG Jie¹^,²(), YANG Yan¹, WANG Xinqing³(), CHEN Huidong³

^1.College of Mechanical and Electrical Engineering
^2.College of Modern Science and Technology
^3.College of Materials Science and Engineering，China Jiliang University，Hangzhou 310018，China

Received:2020-10-28 Online:2021-06-10 Published:2021-06-08
Contact: GONG Jie E-mail:jlsfdxgj@163.com;Wxqnano@cjlu. cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51172220)

摘要/Abstract

摘要：

采用SBA-15硬模板复制技术合成出三维有序纳米线阵列结构的In₂O₃, 通过离心分离获得了2个尺寸不同的块状颗粒样品. 利用XRD、 SEM和紫外-可见光谱对样品的晶体结构、晶粒尺寸、形貌及带隙宽度进行了分析. 结果表明, 2个样品具有相同的纳米微结构, 均为由晶粒尺寸约12 nm的近球形In₂O₃晶粒规则有序排列生长而成的三维纳米线阵列结构, 纳米线的直径约为12 nm, 间距约为2 nm, 且块状尺寸较大样品的带隙宽度略大. In₂O₃样品对乙醇气体的气敏性能测试结果显示, 当乙醇气体在空气中的体积分数为100×10^-6, 温度为320 ℃时, A样品的灵敏度达到50. 6, 优于尺寸较小的B样品. 通过对比研究发现该纳米结构样品的气敏性能明显优于同级别纳米颗粒和介孔结构材料, 纳米材料的气敏性能随纳米结构形态有序度的增加而提高.

关键词: 三维有序纳米阵列, 纳米结构有序度, 气敏性能

Abstract:

Three-dimensional ordered In₂O₃ nanowire arrays were synthesized using SBA-15 silica as hard template with replication technology， and then the two In₂O₃ samples with different particle sizes were separated with centrifugal separation technology. The crystal structure， grain size， morphology and bandgap of both samples were characterized by means of XRD， SEM and UV-Vis spectroscopy. Both In₂O₃ samples present three-dimensional nanowire array structures， which are orderly assembled with the spherical In₂O₃ particles with grain size of 12 nm. The diameter and interwire distance of In₂O₃ nanowires is about 12 nm and 2 nm， respectively， while the bandgap of In₂O₃ nanowires with the larger particle size is slightly larger than that with the smaller particle size. The sensitivity of In₂O₃ nanowires with the larger particle_{size reaches up to 50. 6 to the ethanol gas with volume ratios of 100×10^-6 in air at 320 ℃， which is higher than that with the smaller particle size. Finally， the gas-sensing performance of In₂O₃ nanowires with the larger particle is obviously better than those of the similar nanoparticles and mesoporous nanostructures， indicating that the order degree of In₂O₃ nanowire greatly affects the gas-sensing properties of nanostructures.}

Key words: Three-dimensional ordered nanowire array, Order degree of nanostructure, Gas sensitivity

中图分类号:

O611

TrendMD:

孙浩, 宫杰, 杨燕, 王新庆, 陈慧东. 三维有序In₂O₃纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1730.

SUN Hao, GONG Jie, YANG Yan, WANG Xinqing, CHEN Huidong. Synthesis of Three-dimensional Ordered In₂O₃ Nanowire Arrays and the Effect of Nanostructure Order on Gas Sensitivity. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1730.

图/表 6

Fig.1 XRD patterns of In2O3 samplesa. Sample A; b. sample B.

Fig.2 SEM images of In2O3 samples(A) Sample A; (B) sample B; (C, D) the local magnification of (A) and (B), respectively.

Fig.3 UV?Vis absorption spectra(A) and (αhv)2?hv plots(B, C) of the In2O3 samplesa. Sample A; b. sample B. (C) shows the partialy magnified plots of (B).

Fig.4 Sensitivity of In2O3 sensors at different operating temperaturesa. Sample A; b. sample B.

Fig.5 Sensitivity dynamic curves of Sample A(A) and Sample B(B) to ethanol with different volume ratios in air and volume ratio of ethanol in air dependent sensitivity plots of In2O3 samples(C)

Table 1 Comparison of gas sensing properties of In2O3 gas sensors to ethanol

Sample	Particle size/nm	Volume ratio of ethanol in air	Optimum temperature/℃	Sensitivity	Ref.
In₂O₃ nano particles	11.59	50×10^-6	300	6	[25]
In₂O₃ mesoporous nanoparticles	14.2	50×10^-6	300	17	[22]
		100×10^-6		19.7	[22]
In₂O₃ nanowire arrays, Sample B	12	50×10^-6	320	25.4	This work
		100×10^-6		38.8
In₂O₃ nanowire arrays, Sample A	12	50×10^-6	320	36.6	This work
		100×10^-6		50. 6

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三维有序In₂O₃纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响

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