鄭淑芬臺灣大學：化學研究所劉宇倫Liu, Yu-LunYu-LunLiu2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/51686中文摘要 二氧化錫是ㄧ種n型之半導體材料。在氣體感測器上之應用具有非常大的潛力。本研究中，我們利用陽離子型界面活性劑CTMABr為有機模板，錫酸鈉為無機前驅物成功製備出介孔二氧化錫材料(以MSn表之)，以及含浸Pt之介孔二氧化錫材料(以zPt-MSn表之)。初合成之MSn和zPt-MSn材料在煅燒400℃後還能維持住其介孔結構，且可以得到高比表面積(約100m2/g)以及狹窄之孔徑分佈。在後處理步驟，我們利用水熱合成法將ZSM-5長在MSn和zPt-MSn材料上(以ZSn及ZSn-zPt表之)。二氧化錫晶粒表面的二氧化矽物質在煅燒過程中抑制了二氧化錫晶粒的成長以提高熱穩定性，因此煅燒後之ZSn及ZSn-zPt材料之比表面積便比MSn及zPt-MSn來得高。但是，其孔洞分佈則比MSn及MSn-zPt來的寬廣。 製備氣體感測器方面，我們嘗試以spin-coating、drop coating及pasting三種製程方法將不同材料於玻璃基板上進行覆膜，最後發現以pasting製程方法適用於所有材料。所製備出之感測器分別對H2和CO進行感測，對於感測H2除了展現靈敏度之外，靈敏度對H2濃度在某濃度範圍內有良好的線性關係；在感測CO方面，結果尚不盡理想。SnO2 is a n-type semiconductor and has been a key material in applications as gas sensor. In this study, pure and Pt- incorporated mesostructured SnO2 (designated as MSn and zPt-MSn) were prepared by using cationic surfactant (cetyltrimethyl ammoniumbromide, CTMABr ) as the template and sodium stannous trihydrate (Na2SnO3*3H2O) and platiumchloride (PtCl4) as inorganic precursors. The ordered mesoporous structure of MSn and zPt-MSn materials with large specific surface areas (about 100 m2/g) and narrow pore size distribution were maintained after calcination at 400℃. In post synthesis, microporous silica was coated on MSn and zPt-MSn (designated as ZSn and ZSn-zPt) through hydrothermal treatment. This coating increased the thermal stability of the mesoporous SnO2 materials due to the effective inhibition of SnO2 crystal growth. Therefore the surface areas of ZSn and ZSn-zPt materials after calcination were higher than MSn and zPt-MSn. But the pore size distribution were broader. At gas sensor fabrication, the materials were applied as films to glass substrates by spin coating, drop coating and pasting, and all the materials were subjects to sensor detection after pasting as films. The sensors we fabricated were sensing H2 and CO. At sensing H2， the sensors besides showed sensitivity and the effect of concentration of sensing gas H2 on the sensitivity indicates a linear response; at sensing CO, the results were undesirability.口試委員會審定書 謝誌 Ⅰ 中文摘要 Ⅱ 英文摘要 Ⅲ 圖目錄 Ⅸ 表目錄 ⅩⅣ 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 SnO2之物理和化學性質 3 1-2.1 SnO2之晶格構造 3 1-2.2 SnO2之基本物性 4 1-2.3 SnO2之缺陷化學 4 1-3 二氧化錫應用於氣體偵測上之理論背景及文獻回顧 5 1-3.1 二氧化錫之偵測原理 6 1-3.2 微結構-粒徑之影響 11 1-3.3 操作溫度 14 1-3.4 水氣影響 15 1-3.5 觸媒 15 1-3.6 二氧化錫偵測器發展所遇到的障礙 17 1-4 介孔材料的簡介 18 1-4.1 M41S簡介 18 1-4.2 MCM-41之形成機制 19 1-4.3 介孔二氧化錫的發展 22 1-4.4 ZSM-5沸石簡介 23 1-5 本研究目的 24 第二章 實驗部份 26 2-1 實驗藥品 26 2-2 樣品的製備方法 27 2-2.1 介孔二氧化錫(MSn)的合成 27 2-2.2 含Pt之介孔二氧化錫 27 2-2.3 二氧化錫表面修飾zeolite 28 2-3 氣體感測之量測方法和裝置圖 30 2-3.1 感測材料的製程 30 2-3.2 基板的洗淨程序 32 2-3.3 量測裝置的建立 33 2-3.4 量測方法 34 2-4 樣品的鑑定分析及儀器 36 2-4.1 程溫還原系統 36 2-4.2 X光粉末繞射儀(Powder X-ray Diffraction,XRD) 36 2-4.3 氮氣吸附-脫附等溫曲線 (N2 Adsorption-desorption isotherm) 37 2-4.4 掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscopy SEM) 39 2-4.5 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM) 39 2-3.6 熱重分析 (Thermogravimetric analysis; TGA) 40 2-3.7 霍氏紅外線光譜儀 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FT-IR) 40 2-3.8 恆電位電流儀 40 第三章 結果與討論Ⅰ 材料之合成鑑定 41 3-1 MSn材料之鑑定和分析 41 3-1.1 pH值的影響 41 3-1.2 煅燒溫度 43 3-1.3 添加Pt 50 3-2 修飾ZSM-5 沸石結構 54 3-2.1 blank-ZSM-5的鑑定分析 54 3-2.2 ZSn01材料 56 3-2.3 ZSn02(-wt%Pt) 61 3-2.4 t-plot之分析 66 第四章 結果與討論Ⅱ 氣體感測性質 68 4-1 TPR實驗 68 4-2 二氧化錫之電性 69 4-3 利用spin-coating製程之感測器 70 4-4 利用drop-coating製程之感測器 71 4-5 利用pasting製程之感測器 74 4-5.1 paste比例調控 74 4-5.2 預處理 76 4-5.3 對H2之感測性質 77 4-5.4 對CO之感測性質 78 4-6 ZSn01氣體感測器之探討 80 4-7 MSn材料之性質於感測前後之變化 83 4-8 電極間距對感測性質的影響 85 第五章 結論 87 參考文獻 888089991 bytesapplication/pdfen-US介孔二氧化錫ZSM-5氣體感測器旋轉塗佈MesoporousTin oxideGas sensorspin coatingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/51686/1/ntu-96-R94223041-1.pdf