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基于纳米催化剂的MEMS甲烷催化燃烧传感器的研究

催化燃烧传感器

低功耗、微型化与智能化是传感器当下的发展趋势。采用基于MEMS技术的微加热元件,制备基于MEMS技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器现已成为甲烷催化燃烧传感器研究的一个重要发展方向。本论文制备了基于介孔γ-Al2O3载体的Rh体系甲烷催化燃烧催化剂和基于多种载体的Ru体系催化剂,将其用于MEMS甲烷催化燃烧传感器的制作,并进行了一系列的性能研究,期望利用介孔结构的高表面积扩大催化燃烧反应面积,提高传感器性能。(1)采用一步合成法制备了Rh/Al摩尔比为1:1、2:1、4:1、8:1的Rh2O3/γ-Al2O3介孔催化材料,通过TEM、XRD、EDS、XPS、BET等表征测试发现,其形貌特征与介孔γ-A1203载体的形貌相似,结构规整,介孔均一,所负载的贵金属(氧化物)均匀分散于载体中。经过催化反应测试发现Rh/Al摩尔比为4:1的催化剂制成的传感器具有最好的催化性能。该传感器还具有灵敏度高、抗毒化性能强、稳定性好、能耗低等特点。(2)采用浸渍法合成了两种钌体系催化剂:RuO2/Al2O3、RuO2/CeO2,通过材料的表征测试发现,在Ce02载体中RuO2分散度最好。催化性能测试发现两种催化剂体系中,RuO2/CeO2催化材料具有最好的催化性能。用Ce02作为载体,RuO2作为催化剂,以旋涂法制作了MEMS甲烷催化燃烧传感器,并进行气体测试。结果表明,该传感器对不同浓度甲烷有成比例的输出信号、较快的响应时间,但灵敏度较低,改善制作工艺后可满足实际运用的需求。(3)采用溶胶凝胶法和反相微乳液法合成ZnAl2O4载体,浸渍法在上面负载钌。研究发现,反相微乳液法合成的催化剂对甲烷有较低的起燃点。将其制成传感器后研究其性能,发现对甲烷的输出信号略低,但是具有较好的线性和较快响应时间,稍做改进后可实际应用。

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