TiO2-SnO2纳米晶膜紫外光照下对臭氧气敏性能的研究.pdf

第 4 2卷 2 0 1 4年 7月 分析化学 ( F E N XI H UA X UE 、 研究报告 Ch i n e s e J o u rna l o f An a l y t i c a l Ch e mi s t r y 第 7期 9 4 89 5 4 D OI ： 1 0 1 1 8 9 5 j i s s n 0 2 5 3 - 3 8 2 0 1 4 0 1 0 7 T i O 2 - S n O2纳米 晶膜紫外光照下对臭氧气敏性能的研究 胡 明江 马步伟 王 忠 ( 河南城建学院能源与建筑环境工程学院， 平顶山 4 6 7 0 3 6 ) ( 江苏大学汽车与交通工程学院， 镇江 2 1 2 0 1 3 ) 摘要 以低温水热法制备了T i O 一 S n O ： 复合纳米晶粒， 采用提拉法涂敷于带有金电极的氧化铝陶瓷管表面 形成敏感薄膜 ， 设计了一种新型薄膜式臭氧传感器。采用 x射线衍射仪、 热场发射扫描电子显微镜、 能量色 散 x射线谱仪和紫外一 可见光谱能谱仪， 表征了T i O ： S n O ： 纳米晶粒的晶体结构和微观形貌。采用紫外 可见 吸收光谱法和电化学方法 ， 讨论了T i O 一 S n O 纳米晶粒对臭氧敏感机理与光电化学特性。在气体传感器静态 测试系统上 ， 采用 X E D WS - 6 0 A型气敏元件分析仪测试了紫外光下臭氧传感器敏感特性、 动态响应、 抗干扰和 稳定性。结果表明， 以T i 与 S n摩尔比为 6的T i O ： 一 S n O 纳米晶粒为敏感薄膜的臭氧传感器， 在相对湿度为 4 0 和温度为 2 5条件下 ， 臭氧浓度为 0 11 8 g L时， 有、 无紫外光照射 的臭氧传感器线性度分别为 9 7 5 和 7 8 5 ， 动态响应分别为2和 9 s ， 恢复时间分别为 5 5和 1 5 s 。此传感器对 C O、 N O 、 甲醛、 丙酮 、 丁醇和甲醇等气体具有良好的抗干扰性能。在汽车上连续使用 1 2个月后 ， 响应衰减了4 7 ， 响应正常时间 为8 5个 月。 关键词臭氧传感器； 复合纳米晶粒 ； 紫外光照； 敏感薄膜 1 引 言 臭氧是强氧化剂， 在食品加工、 水处理、 制药和化工等领域有着广泛应用 j 。臭氧是氮氧化物和 挥发性有机物经一系列光化学反应形成的二次污染物 ， 对人体健康 、 农业生产和生态系统造成诸多不利 影响 J 。检测臭氧的方法主要有紫外光吸收法、 碘元素法 、 A s ( m) 直接法、 化学发光法和靛蓝法等 J 。 这些测定方法均使用大中型仪器， 不便于现场和在线检测。目 前专用臭氧传感器主要有半导体型和电 流型两种 。前者具有结构简单 ， 操作方便等优点 ， 但存在抗 电磁干扰能力低和灵敏度较差等不足 ； 后 者具有灵敏度高， 检出限低等优点， 但其信号稳定性较差 J 。因此， 开发成本低、 性能高和便于现场检 测的臭氧传感器是迫切需要 的。 臭氧传感器敏感 电极材料合成是 目前的研究热点 。目前报道对 o 敏感的半导体材料 已有 I n O ， S n O ， T i O ， WO ， Z n O等。S n O 是当今主要的商用半导体气敏元件材料， 纳米 T i O 在紫外光照下具有 强烈的光生电子 空穴能力E 8 3 。Mo il等 研究发现 ， 半导体氧化物 T i O 与 S n O 在紫外光照射下产生的 光载流子量很大， 增强了金属氧化物表面氧化活性位点 ， 使臭氧传感器动态响应时间明显降低 。Ma s a mi 等 叫采用蒸发诱导 自组装工艺制备了 T i O S n O 介孔金属氧化物薄膜 ， 研究结果表 明， 随着 S n O 掺杂 量增加 ， T i O ： 元件对 0 ， 气体灵敏度随之提高 ， 而初始响应温度则随之降低。S u n等 用水热法制备了 S n O 一 I n 0 纳米异质结薄膜 ， 实验表 明， 在室温紫外光照射下 ， 相对于无光照时 S n O 和 I n ： O 等金属氧 化物薄膜对 O 。 的灵敏度有明显提高 ， 响应和恢复速度加快。因此， 纳米 T i O 与 S n O 的复合有望为灵 敏度高和在线检测方便的臭氧气敏元件提供新的敏感材料。T i O ： S n O 纳米材料 的制备方法 主要有共 沉淀法、 溶胶一 凝胶法 、 浸渍法和水热法等 卜H J 。水热法有利于低温成核结 晶， 不用高温煅烧可直接为 晶态 ， 避免 了煅烧过程晶粒颗粒易长大和硬团聚等 问题 。 目前 ， 用低温水热法制备 的 T i O ， S n O ，纳 米晶粒用于检测臭氧的研究在国内外鲜见报道。本研究采用低温水热法制备了 T i O ： 一 S n O ： 复合纳米晶 粒 ， 采用提拉法涂敷于带有金 电极 的氧化铝 陶瓷管表面形成敏感薄膜 ， P t 线 固定在敏感薄膜两端作为 检测 电极 ， 组成一种新型薄膜型臭氧传感器 。在臭氧传感器气敏性能测试装置中， 研究臭氧传感器低温 2 0 1 4 -0 2 - 0 5收稿； 2 0 1 4 - 0 4 -0 8 接受 本文系国家自然基金项 目( N o s 5 0 7 7 6 0 4 2 ， 5 1 3 7 6 0 8 3 ) ， 河南省科技厅重点攻关计划项 目( N o 1 1 2 1 0 2 2 1 0 3 6 3 ) 资助 E ma i l ：h u mi n g j i a n g 1 6 3 t o m 第 7期 胡明江等： T i 0 2 一 S n O z 纳米晶膜紫外光照下对臭氧气敏性能的研究 9 4 9 条件下的敏感性 、 动态响应 、 抗干扰和稳定性 ， 为汽车臭氧排放物在线检测与控制提供理想器件 。 2 实验部分 2 1仪器 与试 剂 H 0 1 - 2 A型大功率磁力搅拌器 ( 上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司) ； G S H水热合成反应釜( 西安常 仪仪器设备有 限公 司) ； 9 2 4 6 A型恒温鼓风干燥箱 ( 上海岛韩实业有限公司) ； T D L 5 一 A型离心机( 上海雷 韵试验仪器有限公司) ； S X 2 - 4 1 0 高温马弗炉( 天津玛福尔科技有限公司) ； X D - 2 型 x射线衍射仪( 北京 普析通用仪器有 限公 司) ； J S M- 7 8 0 0 F型热场 发射扫描 电子显微镜 ( 广东东莞 协美 电子有 限公 司) ； E D A X G e n e s i s 2 0 0 0型能谱仪( 荷兰 F E I 公司) ； U V 7 5 2 N紫外 可见分光光度计 (日本 岛津公司 ) ； X E D WS 0 A型气敏元件测试仪( 北京中慧天诚科技有限公司) 。 钛酸四丁酯 T i ( O C H 。 ) 、 四氯化锡( S n C 1 5 H ： O) 、 H C I ( 分析纯 ， 国药集团化学试剂有 限公司) ； 六亚 甲基 四胺 ( 上海贝合化工有限公司) ； 无水乙醇 ( 济南世纪通达化工有限公 司) ； 聚乙二醇 电解质散 剂 ， 舒泰神( 北京生物制药股份有限公司) ； 乙基纤维素( 上海迈瑞尔化学技术有限公司) ； 蒸馏水 自制 。 2 2实验方法 2 2 1 T i O2 - S n O： 复合纳米晶粒的制备取适量 S n C 1 5 H O， 溶于无水 乙醇 水 ( 1 ： 1 ， ， 用 HC 1 调至 p H 3 ) ， 在磁力搅拌下以2 3 d s的速率滴加 2 m o l L T i ( O C H 。 ) 于混合液中， 再加入 0 2 g六亚 甲基四胺 ， 置于 匣温磁力搅拌器 中搅拌 2 h ， 形成分散均匀的混合液后 ， 转移到 5 0 m L内衬聚四氟乙烯的 反应釜 内， 拧紧釜盖后置于恒温干燥箱中 9 0保持 l h ， 再升至 1 9 0保持 2 h ， 自然冷却至室温。将釜 中的沉淀产物经 T D L 5 A型离心机离心洗涤 ， 并置于恒温干燥箱 中 8 O 真空干燥 1 0 h ， 后送人马弗炉 在 5 0 0 o C 焙烧 2 h ， 制备出 6种 T i O 2 一 S n O ： 复合纳米晶粒 = ( T i ) n ( S n ) ， = 0 ， 0 4， 2 ， 4 ， 6 ， 8 ， 分别记 为样 品 1 D， 4 ， ， T 4， T 6和 。 2 2 2 臭氧传感器的制备臭氧传感器采用旁热式烧结 型结构 ， P t 线 固定在传感薄膜两端作为检测 电极 ， 电阻为 3 5 Q 的镍一 铬加热丝焊接于陶瓷管端面 ， 用于控制工作温度。向不同配比的复合 晶粒 中 掺人适量 的聚乙二醇分散剂和乙基纤维素粘结剂后进行充分研磨 ， 得到均匀 的气敏浆料。采用提拉法 在印有梳状 A u电极 的氧化铝陶瓷管 ( 长度为 4 m m， 内、 外直径分别为 0 8和 1 2 m m) 表面上镀膜 ， 均匀 涂敷后， 在 1 0 0 oC 下真空干燥 2 h ， 制得臭氧气敏元件。将元件焊接到六角管座上得到臭氧传感器器件。 2 2 3 臭氧传感器表征及测试利用 x射线衍射仪测定 T i O ： S n O ： 复合纳米晶粒的相组成 ， x射线源 为 C u k s ( A= 0 1 5 4 n m) ， 管 电压为 4 5 k V， 管 电流为 4 0 mA， 扫描速度 为 1 0 。 mi n ， 扫描范 围 2 0 = 5 。一 8 O 。 。运用热场发射扫描电子显微镜和 E D A X G e n e s i s 2 0 0 0型能谱仪对 T i O ： - S n O ： 复合纳米晶粒进行微 观形貌表征。在相对湿度 R H为 4 0 和温度为 2 5 的条件下 ， 在 X E D WS 0 A型气敏元件测试仪上 ， 采用静态配气法对臭氧传感器气敏特性进行测试 ， 外加电压为 1 V。紫外光源采用 以主波长为 3 6 5 n m， 功率为 5 0 0 W 的紫外灯 ， 垂直放置在臭氧传感器元件上方 。用 I M6电化学工作站( 德 国Z a h n e r 公司) 测 试臭氧传感器开路电位随时间变化的电化学特性。交流扰动电位为 1 0 m V， 频率扫描范围为 0 1 1 0 5 H z 。 检测结束的废气由回收瓶进行收集。臭氧传感器响应值为 R R ， R 和 分别是器件在空气 和臭氧中的电阻值 。 3 结果与讨论 3 1 敏感薄膜评价 3 1 1 X射线衍射分析由T i O ： - S n O 复合纳米晶粒的x射线衍射图谱( 图 1 ) 可知， 纯 S n O 纳米晶 粒的3 个主衍射峰与金红石型 S n O ： 特征衍射峰一致， 纯 T iO 纳米晶粒的3个主衍射峰与锐钛矿型 T i O 特征衍射峰一致 ； 当 = ( T i ) n ( S n ) 由0 4增大到 4 0过程中， X R D特征衍射峰强度逐渐增大 ， 由 S n O ： 特征衍射峰向金红石型 T i O 。 特征衍射峰逐渐过渡， 结晶度较差 ； 当 = 6时 ， X R D特征衍射峰与金 红石型 T i O 特征峰一致 ， 结晶度有明显提高 ； 当 = 8时， 特征衍射峰有劈裂现象 ， 呈现金红石和锐钛矿 的混晶型 T i O ： 特征衍射峰 ， 产物主要为锐钛矿型 T i O ： 。当 x 8时， S n 含量较低 ， 无法获得金红石型 第 7期 胡明江等： T i O 2 - S n O z 纳米晶膜紫外光照下对臭氧气敏性能的研究 9 5 1 8 磊 七 蛊 图 4( a )T O 4，( b )T 2 ，( e )T 4， ( d )T 6 ，( e )T 8的紫外一 司见 吸收光谱 ( 图 A) 和光电化学特性 ( 图 B ) t表示紫外光照射， 表示紫外光关闭 F i g 4 U l t r a v i o l e t v i s i b l e s p e c t r o m e t r y( A) a n d p h o t o e l e c t r 0 c h e m i c a l p r o p e r t i e s( B ) o f T O 4( a ) ， T 2( b ) ， 3 “ 4 ( e ) ， T 6( d ) ， ( e ) f： l i g h t “ O n ”， ： l i g h t “ 0 f f ” S n O 及锐钛矿型 T i O 。另外 ， S n O ： 导带低于金红石型 T i O ： ， 提高 了光生电子传输能力 ， 使载流子数增 多 ， 为臭氧解吸反应提供足够能量 ， 提高臭氧传感器响应速度 ， 有效缩短恢复时间。 3 2 O 传 感 器光 电化 学特 性 由臭氧传感器光 电化学特性曲线( 图 4 b ) 可知 ， 当紫外光照射时 ， 1 1 D 4， ，T 4 ，T 6和 T 8纳米晶 膜电极开路电位分别下降了 0 3 2 ， 0 3 7 ， 0 4 “2 ， 0 5 2和 0 4 7 V； 当切断紫外 电源时 ， 1 1 D 4， 1 2， T 4 ， T 6和 膜 电极开路 电位的回升值分别为_ o 2 0 ， _ 0 2 2 ， _ 0 2 5 ， 0 3 0和_ 0 2 8 V。这是 由于在紫外光照下 ， T i O 价带电子跃迁到臭氧传感器基体( 氧化铝陶瓷管) 上， 使其电位降低并处于光阴极保护状态； 停止 光照后 ， T i O 价带 电子与 S n O ： 光生电子重新迁移 到臭氧传感器基体表面， 继续维持阴极保护状态。研 究表明， 在紫外光照射下 ， 样品 T 6的开路 电位降低值最大 ， 关闭光源后电位的 回升值和回升速率最小 。 结合紫外一 可见吸收光谱 ( 图 4 a ) 结果 ， 说明 T i O 和 S n O 的摩尔比为 6时， 可有效提高 T i O - S n O ： 复合 纳米薄膜光生电子的传输能力 ， 使臭氧快速吸附活性增强 ， 提高臭氧传感器响应速度。 3 3 O 传感器敏感特性 臭氧传感器敏感机理为 ： O 在 T i O 一 S n O 纳米 晶膜表面可能发生如下化学反应 ： Q 3 ( g a s ) + e 一 Q i ( a d s ) ( 1 ) Q 3 ( g a s ) + e 一 _ + Q 2 ( g a s ) + O 一 ( a d s ) ( 2 ) 在紫外光照射下 ， T i O ： 和 S n O 。 中价带电子激发跃迁到导带 ， S n O 因导带位置低于 T i O ， 从而起到 富集电子的储库作用 ， 而 T i O 价带位置高于 S n O ： ， T i O 起到富集空穴 的仓库作用 。这种耦合体系使 T i O S n O 纳米晶膜电阻发生改变 ， 使臭氧传感器响应增强 。同时也有效改善 T i O 一 S n O 纳米晶膜 晶格 结构 ， 使其表面对 O 快速吸附活性增强 ， 提高臭氧传感器响应速度。另外 ， 紫外光为 O 解吸反应提供 足够能量 ， 从而降低臭氧传感器恢复时间。 在温度为2 5条件下 ， 由样品 rm 4， r r 2 ， T 4 ， T 6和 T 8制得 的5种臭氧传感器分别对臭氧( 浓度为 1 5 g L ) 测试的敏感特性 曲线( 图 5 a ) 可知 ， 当紫外光照射时， 4， ， T 4 ，T 6和 rr 8的 5种臭氧传 感器件 响应值分别为 5 0 ， 7 5 ，8 5 ，1 2 0和 1 0 0 ； 当切断紫外 电源时 ， 其 响应值分别为 2 0， 3 0， 4 0， 5 5和 4 5 。这表明紫外光照射下臭氧传感器响应是无紫外光照射响应两倍多 ， 与其它 4款臭氧 传感器相比， T 6 臭氧传感器响应最大。由T 6臭氧传感器响应与臭氧浓度和紫外光之间的关系( 图5 b ) 可知， 随着臭氧浓度增加， 传感器响应逐渐增强。当臭氧浓度为 0 1 g L时， 臭氧传感器响应最小， 有、 无紫外光照射的最小响应值分别为 1 0和 3 5 ； 当臭氧浓度为 1 8 g L时 ， 臭 氧传感器响应达到最大 ， 有 、 无紫外光照射的最大 响应值分 别 为 6和 1 4 ； 有 、 无紫外 光 照射 的 T 6臭 氧传感器 线性度 分别 为 9 7 5 和 7 8 5 。 9 5 2 分 析 化 学 第 4 2卷 Oz o n e s e n s o r ty p e s O3 c o n c e n t r a t i o n ( g ， L ) 图5 臭氧传感器敏感特性( a 和 b分别表示有、 无紫外光照射) F i g 5 S e n s i t i v e p e r f o r ma n c e c u r v e o f o z o n e s e n s o r ( a a n d b a r e u l t r a v i o l e t i l l u mi n a t i o n a n d v i s i b l e i l l u m i n a t i o n r e s p e c t i v e l y ) 3 4动态 响应 特性 在温度为 2 5 ， 臭氧浓度为 1 5 L条件下 ， 测得 T 6臭氧传感器动态响应曲线 ( 图 6 a ) ， 当无紫 外光照射时 ， T 6臭氧传感器响应和恢复时间分别为 9和 1 5 s ； 当紫外光照射时， 响应和恢复时间分别缩 短到 2 0和 5 5 S ， 表明了 T 6臭氧传感器动态响应最快。 图 6 T 6臭氧传 感器响应特性 ( A) 和抗干扰性能( B ) F i g 6 R e s p o n s e c u r v e( A)a n d a n t i d i s t u r b a n c e p e r f o rma n c e( B)0 f T 6 o z o n e s e n s o r 和 T分别表示进气和排气 ； a和 b分别表示有 、 无紫外 光照射 。 a n d f i s g a s i n a n d g a s o u t r e s p e c t i v e l y ， a a n d b i s u l t r a v i o l e t i l l u m i n a t i o n and v i s i b l e i l l u m i n a t io n r e s p e c t i v e l y 3 5 抗 干扰 特性 为验证 O ， 传感 器抗 干扰能力 ， 利用 T 6为敏感 薄膜 的 0 。 传 感器 ， 分别 对 N O ，C O，0 。 ，甲醛 ( H C HO) 、 丙酮( C ， H 0) 、 丁醇 ( C H 。 0) 和甲醇 ( C H 0) 等气体进行抗干扰性测试 ， 选取 的气体浓度范 围均为 0 1 2 0 g L 。由 0 ， 传感器抗干扰性测试结果 ( 图 6 b ) 可知 ： 随着臭氧浓度增加 ， T 6传感器对 0 ，的响应基本呈线性增加 ， 对其它气体的响应基本稳定于某一恒定值。故 T 6传感器对 0 最敏感 ， 对 甲醛 、 丙酮 、 丁醇和甲醇次之 ， 对 N O 和 C O最差。 3 6 应用分析 某发动机转速稳定在 2 5 0 0 r ra i n ， 不同负荷分别为 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 0 时 ， 运转 3 0 mi n后 ， 采 用 T 6 臭氧传感器分别对相应工况的臭氧排放物样品进行分析， 并与江苏大学车辆排放检测中心采用 2 ， 4 一 二硝基苯肼衍生法和高效液相色谱分析技术的检测结果相符合 ( 表 1 ) 。同时 ， 对发动机臭氧排放 物连续在线检测 1 2个月。结果表明， T 6臭氧传感器 响应值衰减 了 4 7 ， 响应正常时间为 8 5个月。 表明此传感器可用于车辆臭氧排放物在线检测与分析 ， 具有较好 的应用前景。 一 一 I B I 1 0 奄 0 曲 o c Is 一 一 0 呐 第7期 胡明江等： T i O - S n O 纳米晶膜紫外光照下对臭氧气敏性能的研究 9 5 3 表 1 柴油机臭 氧排放 物的测 定 T a b l e 1 D e t e r mi n a t i o n o f o z o n e e mi s s i o n s i n d i e s e l e n g i n e Re f e r e n c e s 1 C a r o t t a M C，C e r v i A ，F i o r a v a n t i A，Gh e r a r d i S ，G i b e ai A，Ve n d e mi a t i B，Vi n c e n z i D，S a c e r d o t i M S o l i d F i l ms ， 2 0 1 1 ， 5 2 0 ( 3 ) ： 9 3 9 - 9 4 6 2 Wa g n e r T， H e n n e m a n n J ， K o h l C D， T i e m a n n M s 0 l i d F i l m s ， 2 0 1 1 ， 5 2 0 ( 3 ) ： 9 1 8 - 9 2 1 3 B r u n e t J ，S p i n e l l e L，Nd i a y e A，Du b o i s M，Mo n i e r G，Va r e n n e C，P a u l y A，L a u r o n B，Gu e r i n K，Ha mwi AT h i n S o l i d F i l m s ， 2 0 1 1 ， 5 2 0 ( 3 ) ： 9 7 1 9 7 7 4 Ma s t e l a r o V R，Z fl i o S C，S i l v a L F，P e l i s s a r i P I ，B e ma r d i M B，G u e r i n J ，Ag u i r KS e n s o r s a n d A c t u a t o r s B，2 0 1 3， 1 8 1 ( 1 ) ： 9 1 8 9 2 4 5 B e j a o u A， G u e fi n J ， Z a p i e n J A， A g u i r K S e n s o r s a nd A c t uat o r s B， 2 0 1 4 ， 1 9 0 ( 1 ) ： 8 1 5 6 Mabd i D M，S h i r i n N， H o s s e i n S MI n t e r ， E n v i r o n A n a 1 C h e m ， 2 0 1 3， 9 3 ( 9 ) ： 9 4 6 9 5 8 7 S u n J B ，X u J ， Wa n g B， S u n P ， L i u F M，L u G Y C h e m i c a l R e s e a r c h i n C h i n e s e U n i v e r s i t i e s ， 2 0 1 2， 2 8 ( 3 ) ： 4 8 3 - 4 8 7 8 L e T， T a o S Q A nal y s t ， 2 0 1 1 ， 1 3 6 ( 1 6 ) ： 3 3 3 5 - 3 3 4 2 9 Mo r i M，F u j i t a J ， h a g a k i Y， S a d a o k a YJ o u r n a l o ft he C e r a mi c S o c i e t y ofJ a p a n ， 2 0 1 1 ， 1 1 9 ( 1 3 9 6 ) ： 9 2 6 9 2 8 1 0 Ma s a m i M， Y o s h i t e r u I ， Y o s h i h i k o S S e n s o r s a nd A c t uat o r s B， 2 0 1 2 ，1 6 3 ( 1 ) ： 4 4 5 0 1 1 I s h i i Y， I v a n d i n i T A， Mu r a t a K， E i n a g a Y A na1 C h e m ， 2 0 1 3 ， 8 5 ( 9 ) ： 4 2 8 4 4 2 8 8 1 2 WA N G Y u a n - R u i ， Z H O U B i n g ， WA N G Z i C h e n ， Z H A O X u C hem C h i nes e U n i v e r s i t i e s ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 2 1 4 6 - 2 1 5 1 王元瑞， 周 兵， 王子忱 ， 赵 旭高等学校化学学报 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 2 1 4 6 2 1 5 1 1 3 J I N B a o H u i ， H E Y i n g ， Z HU A N G Z h i X i a ，WA N G X i a o R u C h i nes e ， A n a 1 C hem ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 4 ) ： 5 8 0 - 5 8 3 靳保辉， 何 鹰， 庄峙厦 ， 王小如分析化学， 2 0 0 5， 3 3 ( 4 ) ： 5 8 0 5 8 3 1 4 A b l i z Y i m i t ，D i l n u r T a l i p ，E r k i n T u mu n ， K i m i n o r i h o h C h i n e s e A na1 C h e m ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 1 ) ： 1 6 6 3 - 1 6 6 5 阿布力孜 伊米提 ， 迪丽努尔 塔力甫， 艾尔肯 吐尔逊 ， h o h K i m i n o fi 分析化学， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 1 ) ：1 6 6 3 1 6 6 5 1 5 P e n g T H，Wa n g Y， wu L D， L i L Y A d v a n c e d Ma t e r i a l s R e s e a r c h ， 2 0 1 2 ， 4 9 7 ( 3 ) ： 3 3 4 3 3 8 Re s e a r c h o n Ga s - S e n s i n g Pr o pe r t i e s o f Ti O2 - S nO2 Co m p o s i t e Na n0 c r y s t a l l i n e t o Oz o ne u nd e r Ul t r a - Vi o l e t Li g ht HU Mi n g J i a n g ，MA B u We i ，WANG Z h o n g ( S c h o o l ofE ner g y a nd B u i l d i n g E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ， H e n a n U n i v e rs i t y of U r b a n C o nst r u c t io n ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 3 6 ， C h i n a ) ( S c h o o l ofA u t o m o b i l e a nd T r a f fic E n g i n e e r i n g， J i a n g s u U n i v e rs i t y ， Z h e n j i a n g 2 1 2 0 1 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t T i O2 - S n O2 c o mp o s i t e na n o c r y s t a Ui n e wa s p r e pa r e d b y t he l o w t e mp e r a t u r e h y d r o t h e r mal me t h o dA n e w fi l m t y p e o z o n e s e n s o r wa s d e v e l o p e d b y u s i n g T i O 2 一 S n O2 c o mp o s i t e n a n o c r y s t all i n e s t r a n s f e r r e d o n t o a n a l u mi n a c e r a mi c t u b e wi t h A u e l e c t r o d e s b y d i p c o a t i n g me t h o d T h e c r y s t a l l i n e p h a s e a n d mi c r o s t r u c t u r e o f T i O 2 一 S n O 2 n a n o e rys t a l l i n e s w e r e c h a r a c t e r i z e d b y X r a y d i ff r a c t i o n( X R D) ， fi e l d e mi s s i o n s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e( F E - S E M) ， e n e r g y d i s p e r s i v e X r a y a n al y s i s( E D A X)a n d u l t r a v i o l e t v i s i b l e s p e c t r o m e t ry ( U V V i s ) T h e o z o n e s e n s i t i v e me c h a n i s m a n d p h o t o e l e c t r o c h e mi c al p r o p e r t i e s o f T i O 2 - S n O 2 n a n o c r y s t a l l i n e s w e r e a n a l y z e d b y u s i n g u l t r a v i o l e t v i s i b l e s p e c t r o me t r y a nd e l e c t r o c h e mi c a l me t h o d Th e s e c h a r a c t e r i s t i c t e s t s o f 9 5 4 分 析 化 学 第 4 2卷 o z o n e s e ns o r we r e c a r r i e d o u t o n t h e t r a i t s o f s e n s i t i v e p e rfo r ma n c e， d y n a mi c r e s p o n s e， i n t e rfe r e n c e a n d s t a b i l i t y u n d e r u l t r a v i o l e t v i s i b l e i l l u mi n a t i o n b y t h e XEDW S- 6 0A t y p e mu l t i f u n c t i o n a n a l y z e r i n g a s s e ns o r s t a t i c t e s t s y s t e m t h e c o n c l us i o n d e mo n s t r a t e s t h a t wh e n t h e o z o n e s e n s o r b a s e d o n T i 0， S n O，c o mp o s i t e n a n o c r v s t a l l i n e f mo l a r r a t i o o f T i a n d S n i s 6)wa s u n d e r c o n d i t i o n s o f 4 0 r e l a t i v e h u mi d i t y a n d 2 5 o C o p e r a t i n g t e mpe r a t u r e，whe n o z o n e c o n c e n t r a t i o n wa s i nc r e a s e d f r o m 0 1 t o 1 8 L，t he b e s t l i n e a r i t y o f o z o ne s e n s o r u p o n u l t r a v i o l e t i l l u mi n a t i o n a n d v i s i b l e i l l umi n a t i o n we r e 9 75a n d 7 8 5 t he d y n a mi c r e s po n s e t i me wa s 2 S a n d 9 S，t h e r e c o v e r y t i me wa s 5 5 S a nd 1 5 S Th i s k i nd o f s e n s o r s h o we d g o o d a nt i d i s t ur b a n c e t o t h e g a s e s，s u c h a s CO ，NO ，f o rm a l d e h y d e，a c e t o n e，b u t a no l a nd me t h a n o 1 Th e r e s p o n s e v a l u e o f o z o n e s e n s o r wa s a t t e n ua t e d a b o u t 47 wh e n o z o n e s e n s o r wa s a p p l i e d c o n t i n ua l l y o n t he a u t o mo b i l e a b o u t 1 2 mo n t h s a n d i t s n o rm a l t i me wa s 8 5 mo n t h s Ke y wo r ds Oz o n e s e n s o r；Co mp o s i t e n a n o c r y s t a l l i ne；Ul t r a - v i o l e t l i g h t ；S e n s i t i v e t h i n fil m ( Re c e i v e d 5 F e b r u a r y 2 0 1 4 ；a c c e p t e d 8 Ap r i l 2 0 1 4) T h i s w o r k w o s s u p p o s e d b y t h e N a t i o n a l Na t u r al S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( N o s 5 0 7 7 6 0 4 2 ， 5 1 3 7 6 0 8 3) q 扣 量+ - 量 量 + - 量 量 圣 量 圣 量+ - 圣 量 圣 + _ 量 圣 量 圣