Page 153 - 《精细化工》2020年第7期

第 7 期 马 杰，等: rGO-SnO 2 纳米复合物的制备及其室温下 NH 3 气敏性能 ·1435·

的选择性系数；S NH 、S gas 分别表示气敏材料对体积
3
分数为 0.01%的 NH 3 和其他目标气体的灵敏度。
通过计算比较可知，rGO(1.0%)-SnO 2 复合物对
H 2 的选择性系数 K SC =45.1，CH 4 的 K SC =38.2，CO
的 K SC =33.1，O 2 的 K SC =70.9，乙醇的 K SC =11.8，丙
酮的 K SC =49.6，甲醛的 K SC =62.0。由于 K SC 值越大
（一般 K SC >1 时，表明该敏感材料对目标气体具有
选择性），传感器材料对该气体的选择性越高，因此，
在以上几种气体中 rGO(1.0%)-SnO 2 纳米复合物对
NH 3 具有高选择性。
图 8c 为 rGO(1.0%)-SnO 2 纳米复合物对 RH 为
22.5%、32.8%、54.4%、75.3%和 93.6%〔分别对应

于 CH 3 COOK、MgCl 2 、Mg(NO 3 ) 2 、NaCl 和 KNO 3
的饱和盐溶液上部封闭空间 [43-45] 〕的 RH-灵敏度曲
线。在 RH 为 40%5%时灵敏度变化不大（<10%），
表明环境湿度对 rGO(1.0%)-SnO 2 复合物测试 NH 3
气敏性能的影响较低。图 8d 为室温下 rGO(1.0%)-
SnO 2 复合物 30 d 的长期灵敏度稳定性，与原始灵敏
度 49.6%相比，rGO(1.0%)-SnO 2 复合物对体积分数为
0.01%的 NH 3 灵敏度变化小于 1.0%，说明 rGO(1.0%)-
SnO 2 复合物具有良好的稳定性。
不同 SnO 2 复合材料 NH 3 气敏性能比较见表 1。
由表 1 可得，本工作制备的 rGO(1.0%)-SnO 2 纳米复
合物在室温下对 NH 3 的灵敏度最高，气敏性能最好。
分析认为产生这种结果的原因是，制得的复合物中
SnO 2 晶体较小，且焙烧获得的 rGO 中含有含氧官能
团和缺陷。

表 1 不同 SnO 2 复合材料 NH 3 气敏性能比较
Table 1 Comparison of NH 3 gas sensing properties of
different SnO 2 composites
工作温 NH 3 体积 灵敏 参考
气敏材料 制备方法
度/℃ 分数/% 度/% 文献
Pd/SnO 2/rGO 超声-一锅法 25 0.01 19.6 [11]
Sr/SnO 2 静电纺丝法 25 0.001 10 [46]
Sn/SnO 2/NGC 单源前驱体- 65 0.005 31.56 [47]
热处理法
①
图 8 rGO(1.0%)-SnO 2 纳米复合物对体积分数为 0.01% SnO 2-rGO 水热法 20 0.05 1.9 [23]
NH 3 的循环响应-恢复曲线（a）；体积分数为 0.01% rGO-SnO 2 沉淀-焙烧法 20 0.01 49.6 本工作
不同气体的选择性（b）；湿敏性能（c）；体积分 注：①—R(S)=R a/R g, R(S)为灵敏度。

数为 0.01% NH 3 的长期稳定性（d）
Fig. 8 Cyclic response-recovery curve (a) of rGO(1.0%)- 2.3 敏感机理分析
SnO 2 nanocomposites to NH 3 with 0.01% volume 综合上述分析，当 rGO-SnO 2 纳米复合材料处于
fraction, selectivity (b) of different gases with 0.01% 空气中时，O 2 从 SnO 2 的导带中捕获电子并且吸附
volume fraction, humidity sensitivity (c), and long-
term stability (d) with 0.01% NH 3 volume fraction 在材料表面形成化学吸附氧使 SnO 2 的电子耗尽层区
域变宽，从而使材料在空气中表现出较高的电阻 [48] 。
S 当处在还原性气氛时，如 NH 3 ，由于发生氧化还原
K SC  NH 3 （2）
S gas 反应，NH 3 分子会为 SnO 2 提供电子导致 SnO 2 的耗
式中：K SC 为室温下 rGO(1.0%)-SnO 2 复合物对 NH 3 尽层区域宽度变窄，所以在还原性气氛下 rGO-SnO 2