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钴基还原态氧化石墨复合材料制备及NOx气敏性研究
摘要
本文研究了钴基还原态氧化石墨复合材料的制备以及NOx气敏性能。通过固相反应法制备复合材料，运用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和氮气吸附（BET）等手段对复合材料进行表征。研究结果表明，制备的复合材料具有较高的比表面积和孔径大小分布，其结构为三维网状结构。此外，研究还探究了复合材料的NOx气敏性能。实验结果表明，制备的复合材料对NOx气体呈现较高的敏感响应，且其响应速度较快，说明该复合材料在NOx气体传感方面具有较高的潜力。
关键词：钴基还原态氧化石墨复合材料，制备，NOx气敏性能
Abstract
Inthispaper,thepreparationofcobalt-basedreducedgrapheneoxidecompositematerialsandtheirNOxgassensitivitywerestudied.Thecompositematerialwaspreparedbysolid-phasereactionmethod,andcharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD)andnitrogenadsorption(BET)andothermeans.Theresultsshowedthatthepreparedcompositematerialhadahighspecificsurfaceareaandaporesizedistribution,anditsstructurewasathree-dimensionalnetworkstructure.Inaddition,theNOxgassensitivityofthecompositematerialwasalsostudied.TheexperimentalresultsshowedthatthepreparedcompositematerialhadahighsensitiveresponsetoNOxgas,andtheresponsespeedwasfast,indicatingthatthecompositematerialhadgreatpotentialinNOxgassensing.
Keywords:cobalt-basedreducedgrapheneoxidecompositematerial,preparation,NOxgassensitivity
1.引言
近年来，随着工业化、城市化的加快，环境污染问题也日渐凸显。其中，NOx是一种常见的污染物，主要来自于汽车尾气、电厂等工业生产过程中的燃烧过程中生成的氮氧化物。高浓度的NOx不仅会对人类健康造成危害，还会导致酸雨的发生，因此，研究有效的NOx气体传感器至关重要。
近年来，复合材料作为一种新型材料，在气体传感器的研究中得到了广泛的关注。因为复合材料可以通过在材料内部或表面引入不同的功能元素来实现对气体的高效识别和传感。
本文研究了一种钴基还原态氧化石墨复合材料的制备及其在NOx气敏性能方面的应用。首先，通过固相反应法制备出复合材料，并通过SEM、XRD和BET等手段对复合材料进行表征；然后，研究了该复合材料在NOx气体传感方面的应用，探讨了其气敏性能以及响应速度等方面的表现。
2.实验部分
2.1材料制备
所有试剂均为分析纯试剂，无需进一步的处理。
钴基还原态氧化石墨复合材料的制备采用固相反应法。具体来说，首先将氧化石墨（GO）和硝酸钴（Co（NO3）2）混合，并加入适量的氢氧化钠（NaOH），经过超声波处理均匀混合。接下来，在500℃的高温下进行还原处理，最终得到钴基还原态氧化石墨复合材料。
2.2材料表征
制备的复合材料经过SEM、XRD和BET等手段进行表征。其中，SEM主要用于观察材料的表面形貌和形态特征，XRD主要用于分析材料的晶体结构，BET主要用于测量材料的比表面积和孔径大小分布。
2.3气敏性能测试
复合材料在NOx气体条件下的敏感响应被测量，测试气体浓度为100ppm。在测试过程中，样品被置于恒温器内，恒温器的温度保持在常温下（25℃）。用电阻计测量样品在不同的NOx气体浓度下的电阻变化，并计算其响应度和恢复度。响应度和恢复度被定义为：
响应度=（Rg-R0）/R0
恢复度=（R0-Rg）/R0
其中，Rg为样品受到NOx气体刺激后的电阻值，R0为样品在无NOx气体条件下的电阻值。
3.结果与分析
3.1材料表征
图1给出了制备复合材料的SEM图像。可以看到，复合材料具有三维网状结构，表面粗糙并且有许多孔洞。这种结构有助于增加复合材料的比表面积，从而提高其对气体的敏感性能。
图1复合材料的SEM图像
图2给