Page 107 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 文晓慧，等: p-n 异质结 CuO-CeO 2 的制备及其丙酮气敏性能 ·741·

明复合材料表现为 p 型半导体特性 [31] 。进一步考察 样品Ⅱ使用 21 d 内，灵敏度保持在 90 左右，表明
复合材料的稳定性，结果如图 8d 所示。可以看出， 该复合材料具有良好的稳定性。

图 8 CeO 2 及样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ对不同体积分数丙酮的暂态响应曲线（a）；CeO 2 及样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的线性拟合曲线（b）；
样品Ⅱ在 250 ℃下对体积分数 0.01%丙酮的动态响应-恢复曲线（c）；样品Ⅱ对体积分数 0.01%丙酮的长期稳定
性（d）
Fig. 8 Transient response curves of pure CeO 2 and samplesⅡ, Ⅲ, Ⅳ to acetone at different volume fractions (a); linear
fitting curves of pure CeO 2 and samplesⅡ, Ⅲ and Ⅳ(b); dynamic response-recovery curve of sampleⅡto volume
fraction 0.01% acetone at 250 ℃(c); long-term stability of sampleⅡagainst volume fraction 0.01% acetone (d)

将 CuO-CeO 2 复合材料与先前报道的气敏材料 较高的灵敏度响应。由此可以说明，CuO 与 CeO 2
进行对比，如表 1 所示。可以看出，本研究中的 复合可在降低工作温度的同时强化复合材料对丙酮
CuO-CeO 2 复合材料在较低操作温度下对丙酮具有 的气敏特性，CuO-CeO 2 材料可作为丙酮气敏材料。

表 1 不同复合材料的丙酮气敏性能比较
Table 1 Comparison of acetone gas sensing properties of different composites
气敏材料 制备方法 工作温度/℃ 丙酮体积分数/10 –6 灵敏度 文献
CeO 2-WO 3 气溶胶辅助化学气相沉积法 300 80 5.6 [32]
CeO 2-SnO 2 水热法 280 750 40 [33]
CeO 2-ZnO 溶剂热法 320 0.5 2.1 [10]
ZnO@CeO 2 静电纺丝法 370 0.2 3.8 [34]
CuO-CeO 2 水热法 250 100 95 本工作

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2.3 气敏机理 400 ℃和>400 ℃时，吸附氧离子分别为 O 2 、O 和
金属氧化物半导体的气敏机理是基于氧分子的 O 2–[36] 。气敏材料接触到还原性气体时，气体会与吸
吸附和金属氧化物表面与目标气体反应引起的电阻 附的氧离子发生反应，将捕获的电子释放回导带。
变化 [35] 。气敏材料暴露在空气中时，导带中的自由 因此，材料气敏特性可通过材料形貌、尺寸及材料
电子与吸附的空气中的氧结合形成吸附态的氧离子 的异质结界面的调控得以改善 [37] 。从图 8 中样品Ⅱ
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O x （O 、O 2 或 O ），当工作温度<150 ℃、在 150~ 对丙酮气体的气敏响应可知，复合材料 CuO-CeO 2