多面体双壳层 Co$_{\bf 3}$O$_{\bf 4}$-ZnO 及其 CO 传感性能

以甲醇为溶剂, 静置沉淀法合成 Co 掺杂的 ZIF(zeolitic imidazolate framework)-8, 将其在管式炉中空气氛围下退火得到多面体双壳层 Co$_{3}$O$_{4}$-ZnO. 通过 X 射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)、热重分析仪(thermal gravimetric analyzer, TGA)手段对合成材料的组成、形貌和热稳定性进行了表征. 结果表明, 纯 ZIF-8 在较低的退火温度下保持稳定, 更高温度的退火使 ZIF-8 生成结构坍塌的 ZnO. 4% Co 掺杂的 ZIF-8 在较低温度下退火后得到多面体双壳结构的 Co$_{3}$O$_{4}$-ZnO(CZO-4), 表明 Co 在 ZIF-8 的氧化过程中提供了催化氧化的活性位点, 降低了 2-甲基咪唑的氧化反应能垒. 同时, 较低的退火温度给予 ZnO 充分的成型时间, 使其保持菱形十二面体结构而不坍塌. 由 Co 元素催化由外而内的氧化生长过程, 最终使 ZnO 生长为双壳层结构. 而将 Co 的载量提高到 8%, 得到的双壳层则变得不明显(CZO-8). 在对 CO 气敏测试结果分析中发现, 相对于 CZO-8 和 ZnO, CZO-4 具有更优异的 CO 传感性能, 具有高灵敏度($R_{\rm a}$/$R_{\rm g}$=21.8@100$\times $10$^{-6}$ CO)、 高选择性(达到 H$_{2}$ 灵敏度的 8.7 倍)和长期稳定性(在42 d 测试中信号平稳). 这是由于 CZO-4 具有较大的比表面积和气体传输通道, 以及 Co 作为活性位点对 CO 催化氧化作用带来的气敏性能的提升.     

HKUST-1形貌对QCM甲苯传感器敏感性能的影响

以室温超声法合成了不同形貌的金属有机框架化合物Cu_3(BTC)_2(HKUST-1)的纳米颗粒,并将其制作成石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)构建甲苯传感器.利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,全自动比表面积和孔隙度分析仪,傅里叶变换红外光谱仪等对HKUST-1的形貌和结构进行了表征,测试了不同形貌和比表面积的敏感材料对甲苯的传感性能.结果证明不同晶粒尺寸和暴露晶面的HKUST-1对甲苯的敏感性能有明显影响.当形貌从低能晶面的八面体逐渐转变为高能晶面的立方体时,晶体尺寸变小,孔径逐渐增大.在空间位阻效应和吸附热效应的协同作用下,HKUST-1对甲苯气体显示出特异性吸附和敏感性能,其中高能晶面暴露最多的立方体形貌的HKUST-1对体积分数为60×10~(-6)甲苯气体的响应值比八面体样品高出1倍.