摘要：赤铁矿(α-Fe2O3)在自然界广泛分布，其含量丰富，用途广泛，如何充分利用好赤铁矿资源是当今科学家们所关注的重点。由于其特殊的光学、磁学、电化学、理化性质，拥有合适尺寸和形貌的α-Fe2O3纳米结构材料的制备及应用越来越引起科学家的兴趣。我们通过无模板水热法合成了空心六方形纳米柱状α-Fe2O3纳米颗粒(HHCPs)。由于其空心结构和特殊形貌的存在，我们将合成的空心氧化铁六方柱纳米颗粒(HHCPs)与商品化氧化铁进行了对比，测试其气体感应能力。结果显示：空心氧化铁六方柱纳米颗粒(HHCPs)比商品化氧化铁具有更好的气敏特性。69316

毕业论文关键词：Fe2O3、纳米材料、气敏特性

Template-free synthesis of hollow α-Fe2O3 hexagonal nanocolumns particles and gas sensing properties

Abstract：Hematite (α-Fe2O3) is widely distributed in nature, it is abundant and widely used in the world. How to make full use of hematite resources is the key focus for today's scientists. Recently, due to the special optical, magnetic, electrical and physicochemical properties, the construction and application of nanostructures materials with suitable size and morphology has attracted growing interest of scientists. Hollow α-Fe2O3 hexagonal nanocolumn particles (HHCPs) have been synthesized through a hydrothermal method in the absence of templates. Because of the advantages of the hollow structure and the special morphology, we compare HHCPs with the commercial Fe2O3 to test its gas sensing ability. As we expected, the HHCPs exhibit higher gas sensing ability than commercial Fe2O3.

Key Words: Fe2O3；nanoparticles; gas sensing 

1 前言

由于成本低、易制备、测量的电化学器件简单，基于金属氧化物的气体传感器在固态气体检测设备中有很大的应用潜力[1-3]。但是，由于大块材料低的表面积，对于提高气体传感性能，例如灵敏性、选择性和响应速率，仍有很大的阻碍。空心多孔结构材料在气敏应用中占有优势，例如有大的表面积和良好的气体扩散性能[4-6]。因此，对具有适当孔隙率的金属氧化物纳米材料的设计而言，由于其在气体传感方面的潜在应用价值，近年来备受关注。例如，陈课题组基于柯肯达尔效应，研发了一种基于溶液的简单方法合成了具有空心结构的Cu2-xTe 纳米晶体，该材料对CO的气敏响应度有所提高[7]。

基于金属氧化物的气体传感器的检测机理是：材料表面的吸附氧和目标分子之间的反应[8-9]。因此，气体传感器的灵敏度和选择性与材料表面的活性位点密度密切相关，这种活性位点能够吸收氧气和目标气体。各向异性是单晶的基本属性，材料不同的切面或者表面具有不同的表面原子排布和悬空键，从而形成不同的活性位点[10-18]。鉴于对纳米尺度的粒子表面的研究非常关键，控制纳米颗粒的表面来提高气敏特性成为了非常重要的研究方向。基于以上分析，可以得出空心结构能够影响气体传感器的灵敏度和选择性[19-20]。

α-Fe2O3是一种n型半导体(禁带宽度为 2.1 eV)，由于其无毒、成本低、稳定性高、环境兼容性好的特点，所以它在锂离子电池、气体传感器等领域被认为是非常有应用前景的材料[21-29]。最近研究表明空心结构的α-Fe2O3纳米颗粒对于提高气体传感器性能非常的理想[30-32]。文献综述

我们通过无模板方法，一步合成具有空心结构的α-Fe2O3六方纳米柱。对合成的材料进行气敏性能测试，其结果表明，具有空心结构的α-Fe2O3六方纳米柱的气敏活性要高于其商品化Fe2O3。

2 实验部分

2.1 实验试剂

表1.实验试剂

试剂