论文总字数：27209字

摘 要

乙烯气体是一种重要的植物激素，在植物的生理过程中有独特的调节作用。然而，在实际生产中，乙烯检测尚缺乏有效的低温检测手段。针对上述问题，本论文采用金属元素对MoO₃纳米带进行掺杂改性，提高其对乙烯气体的低温检测能力。论文的主要研究内容如下：

1. 采用水热法制备超长MoO₃纳米带，并对其进行Zn掺杂。通过各种结构表征方法分析了Zn掺杂对MoO₃纳米带结构的影响规律，发现Zn掺杂后纳米带的结构未发生明显的变化，表明Zn在纳米带中进行了较好的掺杂。
2. 测试了基于超长MoO₃纳米带的旁热式气敏元件在在工作温度为60℃时对不同浓度乙烯的气敏性能，分析掺杂前后纳米带气敏性能差异，探索其结构与性能之间的相关性，评价两种气敏元件的气敏性能。研究发现超长MoO₃纳米带对乙烯气体表现出较好的响应-恢复特性以及较高的灵敏度超长MoO₃纳米带进行Zn掺杂后，气敏元件的气敏性能得到进一步提升，这是因为Zn掺杂有利于提升纳米带表面吸附氧含量，同时Zn掺杂能够促进乙烯气体的分解。

关键词：MoO₃；乙烯气敏元件；Zn掺杂；超长纳米带

Abstract

Ethylene gas is an important plant hormone, which plays a unique regulatory role in plant physiological process. However, in the actual production, ethylene detection is still lack of effective low-temperature detection means. In order to solve these problems, MoO₃ nanobelts were doped with metal elements in order to improve the detection ability of ethylene gas at low temperature. The main contents of this paper are as follows:

1. Ultralong MoO₃ nanobelts were prepared by hydrothermal method and doped with Zn. The influence of Zn doping on the structure of MoO₃ nanobelts is analyzed by various structural characterization methods. It is found that the structure of the nanobelts does not change significantly after Zn doping, which indicates that Zn is well doped in the nanobelts.

2. The gas sensing performance of the side heated gas sensor based on the ultralong MoO₃ nanobelts for different concentrations of ethylene was tested when the working temperature was 60 ℃. The difference of the gas sensing performance of the nanobelt before and after doping was analyzed, the correlation between the structure and performance was explored, and the gas sensing performance of the two gas sensors was evaluated. It is found that the ultralong MoO₃ nanobelts etter response recovery characteristics for ethylene gas and higher sensitivity. After the ultralong MoO₃ nanobelt is Zn doped, the gas sensing performance of the gas sensor is further improved. This is because Zn doping is conducive to improving the oxygen content adsorbed on the surface of the nanobelts, and Zn doping can promote the decomposition of ethylene gas.

Key Words：MoO₃；gas sensor；Zn doped；ultralong nanobelts

目 录

第1章 绪论 1

1.1 乙烯的作用 1

1.1.1 乙烯气体简介 1

1.1.2 乙烯在化工生产领域的应用 1

1.1.3 乙烯在果蔬采后处理中的作用 2

1.2 乙烯检测技术 3

1.2.1 气相色谱法 3

1.2.2 电化学传感 4

1.2.3 金属氧化物半导体气敏传感器法 5

1.3 MoO3纳米气敏材料概述 6

1.3.1 MoO₃结构 6

1.3.2 MoO₃纳米气敏材料的应用 7

1.4 本论文的研究内容与研究目标 9

第2章 材料制备与表征 11

2.1 实验试剂与仪器 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 实验仪器 11

2.2 乙烯气敏材料制备 12

2.2.1 MoO₃超长纳米带的制备 12

2.2.2 Zn掺杂MoO₃超长纳米带的制备 12

2.3 乙烯气敏元件的制作 12

2.4 乙烯气敏材料的结构与性能表征 14

2.4.1 结构与形貌表征 14

2.4.2 材料的气敏性能表征 14

第3章 乙烯气敏材料结构与性能研究 16

3.1 引言 16

3.2 乙烯气敏材料的结构分析 16

3.2.1 Zn掺杂对超长纳米带物相的影响 16

3.2.2 Zn掺杂对超长纳米带形貌的影响 17

3.3 乙烯气敏元件的性能分析 17

3.3.1 Zn掺杂对超长纳米带乙烯气敏性能的影响 17

3.3.2超长纳米带乙烯气敏机理分析 20

第4章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

附录 28

第1章 绪论

1.1 乙烯的作用

1.1.1 乙烯气体简介

乙烯分子的分子化学式为C₂H₄，其相对分子质量为28.05。乙烯分子中4个氢原子对乙烯分子有约束作用，另外两个碳原子之间通过C=C形式加以连接， 2个C与6个H原子通过共面形式分布。乙烯分子中，主要包括H-C-C和H-C-H两种夹角。H-C-C角度在121.3°左右，H-C-H角度在117.4°左右，这两个夹角的度数都在120°左右，说明乙烯分子的轨道结构构型为理想sp²混成轨域。乙烯分子具有一个C=C结构，这种结构相较于乙烯分子中其他区域具有相对较大的电子云密度，因此乙烯气体分子的C=C双键相对于其它位置化学反应活性较高，大部分化学反应发生在C=C双键位置。

在常温常压环境中，乙烯气体无明显的颜色，略微有特殊芳香气味。乙烯气体的密度在一般环境中为1.256 g/L，与空气相比其密度偏小。通常情况下，乙烯气体在水中难以溶解，但与其它有机化合物类似，易溶于CCl₄等有机溶剂。乙烯气体的还原性较强，在常温下极容易与强氧化剂发生氧化还原反应并生成其它含碳化合物，与酸性高锰酸钾溶液、酸性重铬酸钾溶液等强氧化剂均能够发生反应。乙烯气体属于易燃气体，在空气中容易燃烧，燃烧时能够释放出大量热量，该气体在空气中燃烧时具有明亮的火焰并伴随有黑烟产生。在催化剂作用下，乙烯气体能够与其它物质（如H₂、HCl等物质）发生反应，反应类型为加成反应。在乙烯参与的加成反应中，乙烯分子中的C=C双键发生裂解，两端的碳原子能够与其他原子或原子团（如氢原子与氯原子）结合并产生生成新的化合物，C₂H₄中的C=C双键受到加成反应的作用进行转化。在一定反应条件和引发剂作用下，乙烯气体能够发生加聚反应。当乙烯分子参与加聚反应时，乙烯分子中的C=C双键中的一个键会断裂，而其中两个的碳原子加以连接，连接形式一般为加聚反应产生的较长的化学键。通过加成聚合反应，乙烯分子能够形成相对分子质量极高的高分子化合物聚乙烯，这个性质常用于制备聚乙烯高分子材料。

1.1.2 乙烯在化工生产领域的应用

在石油与化工行业，乙烯是工业生产纤维、合成橡胶、合成高分子材料（聚乙烯、聚氯乙烯以及其它种类高分子材料）、合成工业乙醇（酒精）的基本化工用料之一，同时也应用于制造氯乙烯、苯乙烯等其它化工产品乙烯是世界上产量最大的化学工业产品之一。在石油化工产业中，其核心工业即为乙烯工业。在各类石化产品总产量中，乙烯产品的产量所占比例能够达到石化产品总产量的75%以上，在国民经济中占据举足轻重的地位。

以乙烯为生产原料，采用直接氧化法可用于生产环氧乙烷,得到的环氧乙烷产品纯度可达99.99%。采用这种方法制备环氧乙烷，生产过程中不需要引入Cl₂，因此这种工艺相对安全且基本不会对生产设备具有腐蚀性。环氧乙烷的用途十分广泛，对其进行进一步加工可用于工业生产乙二醇。环氧乙烷也是工业生产非离子型表面活性剂、乳化剂的工业原料之一。同时，环氧乙烷也可直接用作消毒剂或熏蒸剂等。

请支付后下载全文，论文总字数：27209字