多面体双壳层Co3O4-ZnO及其CO传感性能

作者：袁同伟; 张文爽; 马志恒; 徐甲强^*

来源：上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(05): 866-878.

• ZIF-8
• Co掺杂
• 催化氧化
• 双壳层结构
• 气敏性质
• CO传感

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Co3O4-ZnO.通过X射线衍射仪(Xray 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Co3O4-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(Ra/Rg=21.8@100×10-6 CO)、高选择性(达到H2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.

• 单位
  上海大学