TPSR-MS联用技术研究三维有序大孔Au/In₂O₃醇敏响应机理

【作者】 顾福博； 聂睿； 韩冬梅； 王志华；

【机构】 北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室；

【摘要】 气敏传感材料响应机理的研究对于传感器性能的改善具有重要意义。半导体氧化物的气敏响应机理通常为表面控制型,传感器灵敏度与传感材料表面化学反应密切相关[1-5]。为了研究气敏响应过程中Au/In2O3表面可能存在的化学反应,我们利用程序升温表面反应-质谱（TPSR-MS）联用技术表征气敏响应过程中的生成产物,进而推断气敏响应机理。主要过程包括:样品的前处理、样品的程序升温反应并在线监测气体产物。通过质谱分析表明:乙醇在三维有序大孔Au/In2O3材料表面的反应产物主要包括H₂、O₂、H₂O、C2H4、CO、CH₃CHO、CO2、CH₃COOCH₂CH₃等（如图1）。反应过程可划分为三个阶段:100-200℃,200-310℃和310-500℃。当温度低于200℃时,没有明显化学反应发生。中间阶段主要的产物为CH₃CHO、CO2和H₂O。当温度高于310℃时,主要产物是H2以及C2H4和CO等。根据TPSR过程中产物的变化规律及传感器工作条件可推测醇敏响应过程中Au/In2O3表面发生的化学反应为:CH₃CH₂OH+O^-→CH₃CHO+H₂O+e^-（1）CH₃CHO+5O^-→2CO₂+2H₂O+5e^-（2）CH₃CH₂OH+6O^-→2CO₂+3H₂O+6e^-（3）更多还原