[发明专利]一种基于二氧化钛/钒酸铟异质结构纳米纤维的气敏元件及其应用

说明书

本发明涉及一种基于TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维的气敏元件及其应用，本发明所述气敏元件中的气敏材料为TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维，所述TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维中，TiO₂与InVO₄的摩尔比为0.25～4:1，本发明所提供的气敏材料对氨气具有良好的选择性，在温度250℃、气体浓度为100ppm的条件下，气敏材料对氨气的灵敏度的30.5。对氨气的响应时间为10s,恢复时间为10s。相比于TiO₂纳米纤维，通过InVO₄耦合改性后的TiO₂/InVO₄异质结构气敏材料气敏灵敏度得到了大幅提高、缩短了响应/恢复时间、降低了工作温度。

技术领域

本发明涉及一种基于TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维的气敏元件及其应用，属于半导体气敏传感器领域。

背景技术

随着近年来环境污染、气体泄漏以及生产安全问题此起彼伏，寻求一种高效的气敏传感器是目前重大课题之一。电阻型的金属氧化物半导体，由于对大多数气体具有良好的响应灵敏度、价格低廉、制备方便等优点得到了广泛的关注(ACS Nano 5,92–8001(2011).；Nanoscale3,154–165(2011).)TiO₂半导体作为一种代表性的气敏半导体材料，具有物理化学性质稳定、无毒无害、环境友好等的优势(Adv.Funct.Mater.18,1131–1137(2008).)，被认为是最具应用前景的半导体气敏材料。但不幸的是，因其低灵敏度、较长的响应/恢复时间，较高的工作温度，在一定程度上限制了TiO₂基气敏传感器的工业化应用。

目前，针对这些问题，研究者们采用增大比表面积(Adv.Mater.20,1044–1049(2008).)、元素掺杂(Nanoscal.Res.Lett.9,1–9(2014).)、表面贵金属修饰(NanoLett.13,3287–3292(2013).)、半导体异质结构(ACS Appl.Mater.Interfaces 7,24950–24956(2015).)等方式，对TiO₂基气敏传感器进行了改性修饰。

其中，采用半导体耦合制备异质结构是一种改善TiO₂基气敏传感器性能的有效方式，能有效的提高气敏灵敏度、缩短响应/恢复时间(Appl.Phys.A 115,1223–1229(2014).；ACS Appl.Mater.Interfaces 5,12310–12316(2013).)。

InVO₄是一种n型半导体(禁带宽度约为2.0)具有优异的电化学性能，但是据报道，InVO₄颗粒在工作温度为200～400℃时，对1000ppm浓度的氨气几乎没有响应(J.ColloidInterf.Sci.295(2006)440–444)。由于目前制备TiO₂/InVO₄异质结构工艺繁琐，实验步骤冗杂，且样品形貌难以控制，异质结分布不均匀，因此未有关于TiO₂/InVO₄异质结构的气敏性能研究的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于二氧化钛(TiO₂)/钒酸铟(InVO₄)异质结构纳米纤维的气敏元件及其应用。

本发明一种基于TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维的气敏元件，所述气敏元件中的气敏材料为TiO₂/InVO₄异质结构纳米纤维。