项目名称: 多层有序介孔氧化钨薄膜的可控构筑及对痕量丙酮的气敏选择性研究

项目编号: No.21471133

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 要红昌

作者单位: 郑州大学

项目金额: 85万元

中文摘要: 呼气中的痕量丙酮是糖尿病的生物标志物,实时、快速测定其含量,对于糖尿病的早期筛查和监测具有重要意义。金属氧化物半导体材料具有灵敏度高、响应快等特点而受到呼气分析领域的广泛关注,而丙酮选择性是判断金属氧化物材料能否应用于呼气检测的关键。本项目采用层层组装技术,在气敏元件上直接构筑多层有序介孔WO3膜,通过掺杂Cu2+、Zn2+、Cr3+等金属离子控制WO3晶相和极性,增强丙酮分子与WO3的相互作用;通过增加膜的比表面积和反应位点,控制气体分子在介孔膜内的吸附作用及扩散速率,协同提高丙酮选择性。在对WO3介孔膜表征的基础上,通过考察掺杂离子、膜微观结构等对丙酮选择性的影响,探讨丙酮选择性与材料组成、物相、结构之间的关系,揭示丙酮选择性的深层原因。本课题研究,不仅可以为痕量丙酮的选择性检测提供一种新材料,还可以为丙酮呼吸分析仪的开发提供理论和实验依据。

中文关键词: 三氧化钨;气敏材料;选择性;丙酮

英文摘要: Acetone in the human breath, as an accepted biomarker of diabetes mellitus, is very important to detect diabetes if its concentration can be detected timely and rapidly. Metal-oxide semiconducting materials have received growing attention in breath analysis for their high sensitivity and rapid response. The selectivity towards acetone is the key to predicate whether metal-oxide semiconducting materials are suitable for breath detecting. In this project, the enhancement of selectivity towards acetone is by controlling the phase and polarity of doped-WO3, which strengthens the interaction force between the acetone molecules and WO3, via directly constructing ordered mesoporous WO3 multilayer films on gas sensors using layer-by-layer technique. The selectivity is simultaneously improved on the basis of optimizing and stabilizing the phase of WO3 by increasing the specific area and response sites of the sensing film and by controlling adsorption effect and diffusion speed of the molecules. The underlying causes of the selectivity are explored by probing the relationship between the selectivity and the component, phase and microstructure through investigating the influence of the dopant and the microstructure of the materials on the acetone selectivity. Results of this project may not only provide new materials for selective detecting trace acetone, but also supply experimental evidence and theoretical basis to the development of acetone breath analysis instruments for real-time monitoring diabetes.

英文关键词: WO3;Gas sensing materials;Selectivity;Acetone

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