基于納米催化劑的MEMS甲烷催化燃燒傳感器的研究

【摘要】：低功耗、微型化與智能化是傳感器當(dāng)下的發(fā)展趨勢(shì)。采用基于MEMS技術(shù)的微加熱元件,制備基于MEMS技術(shù)的低功耗甲烷催化燃燒傳感器現(xiàn)已成為甲烷催化燃燒傳感器研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。本論文制備了基于介孔γ-Al2O3載體的Rh體系甲烷催化燃燒催化劑和基于多種載體的Ru體系催化劑,將其用于MEMS甲烷催化燃燒傳感器的制作,并進(jìn)行了一系列的性能研究,期望利用介孔結(jié)構(gòu)的高表面積擴(kuò)大催化燃燒反應(yīng)面積,提高傳感器性能。(1)采用一步合成法制備了Rh/Al摩爾比為1：1、2：1、4：1、8：1的Rh2O3/γ-Al2O3介孔催化材料,通過(guò)TEM、XRD、EDS、XPS、BET等表征測(cè)試發(fā)現(xiàn),其形貌特征與介孔γ-A1203載體的形貌相似,結(jié)構(gòu)規(guī)整,介孔均一,所負(fù)載的貴金屬(氧化物)均勻分散于載體中。經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)Rh/Al摩爾比為4：1的催化劑制成的傳感器具有最好的催化性能。該傳感器還具有靈敏度高、抗毒化性能強(qiáng)、穩(wěn)定性好、能耗低等特點(diǎn)。(2)采用浸漬法合成了兩種釕體系催化劑：RuO2/Al2O3、RuO2/CeO2,通過(guò)材料的表征測(cè)試發(fā)現(xiàn),在Ce02載體中RuO2分散度最好。催化性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種催化劑體系中,RuO2/CeO2催化材料具有最好的催化性能。用Ce02作為載體,RuO2作為催化劑,以旋涂法制作了MEMS甲烷催化燃燒傳感器,并進(jìn)行氣體測(cè)試。結(jié)果表明,該傳感器對(duì)不同濃度甲烷有成比例的輸出信號(hào)、較快的響應(yīng)時(shí)間,但靈敏度較低,改善制作工藝后可滿足實(shí)際運(yùn)用的需求。(3)采用溶膠凝膠法和反相微乳液法合成ZnAl2O4載體,浸漬法在上面負(fù)載釕。研究發(fā)現(xiàn),反相微乳液法合成的催化劑對(duì)甲烷有較低的起燃點(diǎn)。將其制成傳感器后研究其性能,發(fā)現(xiàn)對(duì)甲烷的輸出信號(hào)略低,但是具有較好的線性和較快響應(yīng)時(shí)間,稍做改進(jìn)后可實(shí)際應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：納米催化劑 甲烷 催化燃燒 傳感器 MEMS
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 文獻(xiàn)綜述10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 納米材料10-11
• 1.2.1 納米材料概述10-11
• 1.2.2 納米材料應(yīng)用范圍11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外氣體傳感檢測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 甲烷檢測(cè)傳感器12-17
• 1.4.1 甲烷傳感器的分類(lèi)12-16
• 1.4.2 MEMS傳感器16-17
• 1.5 甲烷催化燃燒傳感器用催化劑17-22
• 1.5.1 貴金屬催化劑18-20
• 1.5.2 金屬氧化物催化劑20-22
• 1.5.3 甲烷催化劑載體22
• 1.6 論文選題及意義22-23
• 第2章 基于介孔氧化銠/氧化鋁復(fù)合材料的MEMS甲烷催化燃燒傳感器的研究23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料、儀器及表征設(shè)備24-25
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與試劑24-25
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備25
• 2.3 介孔氧化銠/氧化鋁的合成25-26
• 2.3.1 氧化鋁溶膠的配制25
• 2.3.2 不同摩爾比Rh-Al復(fù)合溶膠的配制25-26
• 2.3.3 不同摩爾比Rh_2O_3/介孔γ-Al_20_3催化材料的制備26
• 2.4 不同摩爾比介孔氧化銠/氧化鋁的表征26-32
• 2.4.1 不同摩爾比介孔氧化銠/氧化鋁的XRD測(cè)試結(jié)果26-27
• 2.4.2 不同摩爾比介孔氧化銠/氧化鋁的XPS測(cè)試結(jié)果27-28
• 2.4.3 不同摩爾比介孔氧化銠/氧化鋁的BET測(cè)試結(jié)果28-29
• 2.4.4 不同摩爾比介孔氧化銠/氧化鋁的TEM測(cè)試結(jié)果29-32
• 2.5 MEMS傳感器的制備與測(cè)試32-37
• 2.5.1 MEMS催化燃燒傳感器的制作32
• 2.5.2 MEMS催化燃燒傳感器的測(cè)試32-37
• 2.6 本章結(jié)論37-38
• 第3章 基于氧化物載體釕體系催化劑的MEMS甲烷催化燃燒傳感器的研究38-55
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)原料、儀器及表征設(shè)備39-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與試劑39
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備39-40
• 3.3 RuO_2/Al_2O_3與RuO_2/CeO_2的制備40
• 3.3.1 介孔γ-Al_20_3的合成40
• 3.3.2 介孔CeO_2的合成40
• 3.3.3 RuO_2/Al_2O_3的合成40
• 3.3.4 RuO 2/CeO_2的合成40
• 3.4 RuO_2/Al_2O_3與RuO_2/CeO_2的表征40-46
• 3.4.1 RuO_2/Al_2O_3與RuO_2/CeO_2的X射線衍射測(cè)試結(jié)果40-41
• 3.4.2 RuO_2/Al_2O_3與RuO_2/CeO_2的BET測(cè)試結(jié)果41-42
• 3.4.3 RuO_2/Al_2O_3與RuO_2/CeO_2的透射電子顯微鏡(TEM)與電子能譜(EDS)測(cè)試結(jié)果42-43
• 3.4.4 RuO_2/Al_2O_3與RuO-2/CeO_2的催化劑性能測(cè)試43-46
• 3.5 MEMS傳感器的制作與測(cè)試46-53
• 3.5.1 微加熱器上黑白元件的制作46-49
• 3.5.2 MEMS甲烷催化燃燒傳感器的性能測(cè)試49-53
• 3.6 本章結(jié)論53-55
• 第4章 基于鋁酸鋅載體釕體系催化劑的MEMS甲烷催化燃燒傳感器的研究55-64
• 4.1 引言55-56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器56-57
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及試劑56
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備56-57
• 4.3 兩種方法合成RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料57
• 4.3.1 溶膠凝膠法合成RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料57
• 4.3.2 反相微乳液法合成RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料57
• 4.4 兩種方法合成的RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的表征57-62
• 4.4.1 RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的X射線衍射結(jié)果57-58
• 4.4.2 RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的BET結(jié)果58-59
• 4.4.3 RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的TEM與EDS結(jié)果59-61
• 4.4.4 RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的催化性能測(cè)試61-62
• 4.5 基于反相微乳液法RuO_2/ZnAl_2O_4催化材料的MEMS甲烷催化燃燒傳感器的制作與測(cè)試62-63
• 4.5.1 MEMS甲烷催化燃燒傳感器的制作62
• 4.5.2 MEMS甲烷催化燃燒傳感器的測(cè)試62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 第5章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 致謝73-74
• 在讀期間發(fā)表論文74

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