结构相变引入的电输运行为对TiO2/Ti3C2Tx甲烷气敏性能的调控机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61804109
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    王双明
  • 依托单位：
    天津师范大学
  • 学科分类：
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Increasing gas adsorption by regulating morphology or element is a common strategy to improve gas sensing performances of oxide semiconductors. However, little attention has been paid to the effect of electron transport after gas adsorption on gas sensing performances and its regulating mechanism. Due to the change of microphysical properties (for example, space unit distortion degree and band gap), structural phase transition causes changes in electrical transport properties. Based on the above analysis, TiO2 with different crystal structures and well gas sensing properties are in situ grown the surfaces of high conductivity transition metal carbide Ti3C2Tx nanosheets in the form of nanorod morphology. On the basis of enhancing the conductivity of oxide semiconductor TiO2, TiO2/Ti3C2Tx heterostructure materials are constructed. Study the influence of the change of electrical transport behavior induced by structural phase transition of TiO2 on gas sensing properties of TiO2/Ti3C2Tx, explore the interrelation between structural phase transition, electron transport and gas sensing performances, obtain key factors of improving TiO2/Ti3C2Tx gas sensing properties by electrical transport behavior, and reveal the physical mechanism of electronic transport regulating gas sensing properties of TiO2/Ti3C2Tx. Establish the principle of controllable preparation of TiO2/Ti3C2Tx and gas sensing performances improvement. This study provides theoretical guidance and practical exploration for enriching gas sensing mechanism and constructing novel gas sensing materials.
通过调控形貌、成分等增加气体吸附是提升氧化物半导体气敏性能的常用策略，但鲜有研究关注气体吸附之后的电子输运对气敏性能的影响以及调控机制。而半导体材料发生结构相变后，由于晶胞畸变程度及带隙等微观物性发生改变，从而引起电输运行为的变化。基于此，本项目将晶型结构不同、气敏性能良好的TiO2，以纳米棒形貌原位生长在高导电性的Ti3C2Tx MXene纳米片表面，在增强TiO2导电性的基础上，构筑TiO2/Ti3C2Tx异质结构。研究TiO2结构相变所引入的电输运行为变化对TiO2/Ti3C2Tx气敏性能的影响规律，探索结构相变-电子输运-气敏性能之间的内在关联，提炼出电输运行为改善TiO2/Ti3C2Tx气敏性能的关键因素，揭示电子输运调控TiO2/Ti3C2Tx气敏性能的物理机制。建立TiO2/Ti3C2Tx的可控制备及气敏性能提升原则，为丰富气敏机理、构筑新型敏感材料提供理论指导与实践探索。

结项摘要

功能材料的结构决定了材料对外所展现的性能，气敏材料亦是如此。对于金属氧化物半导体基气敏材料，气敏过程包括气体吸附、表面化学反应以及气体解吸附。为了增强敏感材料的气敏性能，气敏性能提升策略也是围绕着气敏过程进行材料优化，但鲜有研究系统深入到气敏材料的电子结构，揭示电子结构与气敏性能之间的耦合机理。基于此，本项目主要以结构相变和异质结为切入点，研究氧化物半导体基微纳米材料的电子结构与气敏性能之间的构效关系。首先，利用静电纺丝、溶剂热结合随后的退火策略，可控制备出rh-In2O3相含量不同的三种氧化铟纳米纤维。三种氧化铟纳米纤维中rh-In2O3相的比例与其气敏选择性密切相关。结合BET与XPS数据，揭示所获得的纳米纤维的比表面积不是影响气敏性能的关键因素，结构相变引入的化学吸附氧的氧化能力的差异决定了纳米纤维气敏选择性。受此启示，我们将结构相变拓展至应变，研究氧化物半导体的应变引入的电子结构变化对气敏选择性的调制机理，这一研究成功获批中英国际合作交流项目。其次，通过构筑In2O3/Co3O4异质结，研究异质结引入的电子结构变化对气敏性能的作用机理。In2O3/Co3O4 n-p异质结构有效地调节了敏感材料的费米能级，进而改变吸附氧的氧化能力，使其更易与强还原性的气体发生反应（例如甲醛），增强了界面电荷转移动力学，从而显著提高异质结的甲醛选择性。本项目研究在电子结构层面，从结构相变与异质结角度，揭示并提炼出电子结构对气敏选择性的决定性作用，为调控氧化物半导体的选择性提供了实践经验和理论依据，同时拓宽、丰富了氧化物半导体调控气敏选择性的策略。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Electronic structure-dependent formaldehyde gas sensing performance of the In2O3/Co3O4 core/shell hierarchical heterostructure sensors
In2O3/Co3O4核/壳分层异质结构传感器的电子结构依赖性甲醛气体传感性能
  • DOI：
    10.1016/j.jcis.2020.05.028
  • 发表时间：
    2020-10-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    9.9
  • 作者：
    Cao, Jing;Zhang, Ningrui;Zhang, Haiming
  • 通讯作者：
    Zhang, Haiming
Constructing one dimensional Co3O4 hierarchical nanofibers as efficient sensing materials for rapid acetone gas detection
构建一维Co3O4分级纳米纤维作为快速丙酮气体检测的高效传感材料
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.05.356
  • 发表时间：
    2019-08-30
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Cao, Jing;Wang, Shuangming;Zhang, Tong
  • 通讯作者：
    Zhang, Tong
One-dimensional porous Co3O4 rectangular rods for enhanced acetone gas sensing properties
用于增强丙酮气体传感性能的一维多孔 Co3O4 矩形棒
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2019.126746
  • 发表时间：
    2019-10
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wang Shuangming;Cao Jing;Cui Wen;Fan Longlong;Li Xifei;Li Dejun;Zhang Tong
  • 通讯作者：
    Zhang Tong
Novel Au-activated SnO2@Fe2O3 hetero-alternated multilayer nanosheets with enhanced low-concentration acetone detection
具有增强低浓度丙酮检测能力的新型Au激活SnO2@Fe2O3异质交替多层纳米片
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2022.131478
  • 发表时间：
    2022-01
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Chunbao Liu;Jiawei Xiong;Yanzhe Wang;Konghua Yang;Shuangming Wang;Yi Zeng
  • 通讯作者：
    Yi Zeng
Porous nanosheets assembled Co3O4 hierarchical architectures for enhanced BTX (Benzene, Toluene and Xylene) gas detection
多孔纳米片组装的 Co3O4 分层结构用于增强 BTX（苯、甲苯和二甲苯）气体检测
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2020.128120
  • 发表时间：
    2020-07-15
  • 期刊：
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Cao, Jing;Wang, Shuangming;Li, Dejun
  • 通讯作者：
    Li, Dejun

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其他文献

基于功能性充填的CO_2储库构筑与封存方法探索
  • DOI：
    10.13225/j.cnki.jccs.xr21.1558
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    煤炭学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘浪;王双明;朱梦博;张波;侯东壮;郇超;赵玉娇;张小艳;王雪丽;王美
  • 通讯作者：
    王美
榆神矿区覆岩岩土比对开采沉陷的影响分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    煤矿安全
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    宋世杰;赵晓光;王双明;张勇
  • 通讯作者：
    张勇
短-长壁工作面充填无煤柱开采方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    采矿与安全工程学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    朱梦博;刘浪;王双明;叶根飞;王正刚;宋英明;张波;郇超
  • 通讯作者：
    郇超
鄂尔多斯盆地海流兔河流域叶面积指数的时空变化及其与气象因子的关系
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    水土保持通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    雷磊;王双明;徐晗;潘桂行
  • 通讯作者：
    潘桂行
覆岩岩土比对开采沉陷的影响分析与数值模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    中国煤炭
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    宋世杰;赵晓光;王双明;张勇
  • 通讯作者：
    张勇

其他文献

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王双明的其他基金

靶向应变诱导的TiO2薄膜气体传感选择性调制
  • 批准号：
    62111530152
  • 批准年份：
    2021
  • 资助金额：
    9.7 万元
  • 项目类别：
    国际(地区)合作与交流项目
靶向应变诱导的TiO2薄膜气体传感选择性调制
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    万元
  • 项目类别：
    国际(地区)合作与交流项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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