Page 106 - 《精细化工》2021年第4期
P. 106
·740· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
于气体在材料表面的扩散和氧分子的吸附，为表面
的氧分子反应创造了更多的活性位点，强化了材料
的气敏性能 [27-28] 。
图 6 纯 CeO 2 和样品Ⅱ的 N 2 吸附-脱附等温线图（内插
图为孔径分布曲线）
Fig. 6 N 2 adsorption-desorption isotherms of pure CeO 2
and sample Ⅱ (the inner illustration being the
aperture distribution curve)
2.2 气敏性能 图 7 纯 CeO 2 、纯 CuO 和样品Ⅰ~Ⅴ在不同工作温度下
气敏材料的性能通常采用工作温度、灵敏度、 对丙酮的灵敏度（a）；纯 CeO 2 、纯 CuO、样品Ⅱ、
Ⅲ、Ⅳ在 250 ℃下对不同目标气体的灵敏度（b）
选择性、响应/恢复时间及稳定性进行评价。固定环
Fig. 7 Sensitivity of pure CeO 2 , pure CuO and samplesⅠ~
境温度为 25 ℃、相对湿度为 40%，在不同工作温
Ⅴ to mass concentration 100 mg/L acetone at
度下，分别考察了 CeO 2 、CuO 及样品Ⅰ~Ⅴ对体积 different operating temperatures (a), sensitivity of
分数 0.01%的丙酮气体的气敏响应，结果如图 7a 所 pure CeO 2 , pure CuO, samplesⅡ, Ⅲ, Ⅳ to different
示。可以看出，纯 CuO、CeO 2 以及 CuO-CeO 2 复合 target gases at 250 ℃(b)
材料对丙酮气体的灵敏度随着工作温度的增加呈
现先增加后减小的趋势。当工作温度为 250 ℃时， 进一步考察 CeO 2 及样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在 250 ℃
–6
–4
材料均呈现良好的气敏响应。从图 7a 还可以看出， 下对不同体积分数（1×10 ~1×10 ）的丙酮气体的
样品Ⅰ~Ⅴ对丙酮气体灵敏度均高于纯 CuO 和纯 灵敏度，结果如图 8a 所示。由图 8a 可知，当丙酮
–5
CeO 2 ，在工作温度为 250 ℃时，复合材料随着 Cu 体积分数低于 3×10 时，纯 CeO 2 对丙酮气体无响
–4
–6
的摩尔分数的增加灵敏度呈现先升高后减小的趋 应。在丙酮体积分数为 1×10 ~1×10 内，CeO 2 及样
势，Ce 和 Cu 物质的量比为 3∶1 的样品Ⅱ对丙酮气 品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的灵敏度随着丙酮体积分数的增大而
体的灵敏度（95.0）最高，分别是纯 CeO 2 灵敏度（2.2） 增大，其中样品Ⅱ的灵敏度最高。将样品的灵敏度
的近 43 倍和纯 CuO 灵敏度（9.0）的近 10.6 倍，说 与丙酮气体体积分数相关联，对样品的灵敏度与丙
明 CuO 与 CeO 2 复合可大幅度提高材料对丙酮的气 酮气体体积分数进行线性拟合，结果如图 8b 所示。
敏特性。 可以看出，样品Ⅱ的拟合曲线斜率大于其他样品的拟
选取纯 CeO 2 、纯 CuO 及样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ考察 合曲线斜率，样品Ⅱ的拟合曲线方程的相关系数较
复合材料对不同目标气体（体积分数均为 0.01%的 其他样品的高，说明样品Ⅱ对丙酮的气敏性能最优。
乙醇、甲醛、丙酮、氨气、甲醇）的选择性，结果 样品Ⅱ在 250 ℃下对体积分数 0.01%丙酮气体
如图 7b 所示。可以看出，纯 CeO 2 、纯 CuO、样品 的动态响应-恢复曲线如图 8c 所示。可以看到，当
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ对丙酮气体的灵敏度均高于其他目标气 丙酮通入和停止后达到最后平衡值的 90%所需要的
体，说明纯 CeO 2 和复合材料对丙酮气体具有良好的 时间即为响应时间（19 s）和恢复时间（172 s），由
选择性，这归因于目标气体分子的偶极矩 [29] 。气体 此说明复合材料具有快速响应特性。从图 8c 中还可
乙醇、甲醛、丙酮、氨气、甲醇的偶极矩分别为 1.69、 以看出，当通入丙酮气体时，样品Ⅱ的电阻值迅速
2.33、2.88、1.50 和 1.70 D [29-30] ，其中丙酮的偶极矩 增大并达到一定值后趋于稳定；当停止通入丙酮后，
最大，所以样品对丙酮的灵敏度最大。 样品Ⅱ的电阻值迅速下降并恢复到原始电阻值，说
