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1、 待 测 气 体 发 生 催 化 氧 化 还 原 反 应
[11]
万 吉 高 等 研 究 了 掺 杂 了 SnO2 的 CO 敏 感 机 理 后 认 为 : 常 温 下 , 空 气 中 的 氧 以 分 子 氧 的 化 学 吸 附 态 存
在 于 气 敏 材 料 的 表 面 :
O2(g)+e - =O2- (ad)
当 气 敏 材 料 处 于 100 o C 以 上 的 工 作 状 态 时 , 化 学 吸 附 的 氧 将 以 O -
甚 至 O 2- 的 形 式 存 在 , 吸 附 氧 在 半 导
体 表 面 俘 获 大 量 电 子 , 致 使 材 料 电 导 减 小 ; 而 还 原 性 气 体 CO 与 O - 发 生 反 应 :
CO+ O - (ads)→CO2+e -
释 放 电 子 , 电 导 率 增 大 。 加 入 贵 金 属 化 合 物 有 助 于 氧 吸 附 反 应 活 化 能 的 降 低 , 加 快 反 应 速 度 , 提 高
[12]
气 敏 性 能 。 全 宝 富 等 认 为 CO 在 In2O3 纳 米 材 料 上 的 反 应 机 理 是 :
CO+O - (ads)→CO2+e -
掺 杂 剂 能 降 低 反 应 的 活 化 能 , 使 CO 在 较 低 温 度 下 即 可 发 生 氧 化 反 应 , 从 而 降 低 元 件 的 工 作 温 度 。
[13]
Hiriyuki Yamaura 等 认 为 , 在 In2O3 纳 米 材 料 中 加 入 Co3O4 不 但 能 提 高 CO 和 O2 反 应 的 效 率 及 转 化 率 ,
而 且 有 助 于 CO 分 子 渗 入 到 材 料 深 层 与 晶 格 氧 反 应 , 进 一 步 提 高 灵 敏 度 。
[14]
Y.F.DONG 等 研 究 了 乙 醇 在 纯 的 和 掺 杂 的 CdIn2O4 气 敏 元 件 上 的 催 化 氧 化 机 理 , 认 为 在 正 常 的 工 作
条 件 下 , 物 理 吸 附 的 氧 随 着 工 作 温 度 的 升 高 在 材 料 表 面 转 化 为 化 学 吸 附 , 从 而 束 缚 气 敏 材 料 表 面 的 自 由
电 子 , 导 致 材 料 表 面 的 电 阻 增 大 , 即
O2(g)→O2(ads)
O2(ads)+e - -
→O2 (ads)
-
O2 (ads)+e - →2O - (ads)
O - (ad)+e - →O 2- (ads)
当 还 原 性 气 体 C2H5OH 与 材 料 表 面 吸 附 的 氧 相 接 触 时 , 发 生 如 下 反 应 :
C2H5OH(g)→C2H5OH(ads)
C2H5OH(ads)→CH3CHO(ads)+2H(ads)
2H(ads)+O - (ads)→H2O+e -
并 释 放 氧 负 离 子 所 束 缚 的 电 子 , 引 起 材 料 的 电 导 发 生 变 化 。 掺 入 贵 金 属 有 助 于 降 低 C2H5OH 反 应 的 活 化 能 ,
[15]
提 高 元 件 的 灵 敏 度 及 选 择 性 。 徐 延 献 采 用 四 极 质 谱 仪 , 检 测 不 同 温 度 下 C2H5OH 在 SnO2 上 反 应 产 物 的 组
成 与 浓 度 , 在 发 现 大 部 分 产 物 为 乙 烯 后 , 提 出 了 其 酒 敏 机 理 是 乙 醇 氧 化 脱 水 生 成 乙 烯 。
Morriston 及 Kohl 研 究 SnO2 的 酒 敏 机 理 时 认 为 是 乙 醇 氧 化 为 乙 醛 。Tomoki Maekawa [16] 认 为 乙 醇 的 催
化 氧 化 经 过 如 下 两 个 反 应 途 径 :
C2H5OH→C2H4+H2O
C2H5OH→ CH3CHO - +H +
并 进 一 步 氧 化 为 CO2 和 H2O, 稀 有 元 素 的 加 入 可 能 有 助 于 反 应 按 照 脱 氢 过 程 进 行 , 由 于 中 间 产 物 为 乙 醛 , 所
以 提 高 了 传 感 器 的 灵 敏 度 。
迄 今 为 止 , 半 导 体 金 属 氧 化 物 的 酒 敏 机 理 尚 不 完 全 清 楚 , 有 待 进 一 步 研 究 , 本 课 题 组 正 在 进 行 纳 米
In2O3 基 气 敏 材 料 酒 敏 机 理 的 研 究 工 作 。
2、 半 导 体 气 敏 材 料 发 生 氧 化 还 原 反 应
此 机 理 认 为 : 利 用 半 导 体 金 属 氧 化 物 气 敏 材 料 在 待 测 气 体 的 气 氛 中 与 金 属 元 素 发 生 氧 化 还 原 反 应 ,
化 合 价 发 生 变 化 , 引 起 材 料 的 电 学 性 质 发 生 变 化 而 感 知 被 测 气 体 。 如 Fe3O4 铁 在 较 高 温 度 下 的 洁 净 空 气 中
被 完 全 氧 化 为 Fe2O3, 当 遇 到 还 原 性 气 体 时 又 被 还 原 成 Fe3O4, 而 两 者 的 电 导 是 有 差 异 的 , 利 用 电 导 的 不 同
即 可 实 现 对 气 体 的 检 测 。
3、 待 测 气 体 和 半 导 体 气 敏 材 料 共 同 发 生 氧 化 还 原 反 应
待 测 气 体 和 半 导 体 气 敏 材 料 相 互 作 用 , 共 同 发 生 氧 化 还 原 反 应 , 因 电 子 得 失 及 电 性 变 化 而 体 现 气 敏
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