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研究生: 蔡東剛
Tung-Kang Tsai
論文名稱: 氧氫氧化鈷的製備及在一氧化碳感測器上的應用
Preparation of Cobalt Oxyhydroxide and its Application on CO Sensors
指導教授: 葉君棣
Chuin-Tih Yeh
吳仁彰
Ran-Jang Wu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 氧氫氧化鈷一氧化碳感測器靈敏度
外文關鍵詞: cobalt oxyhydroxide, CO sensors, sensitivity
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  • 本研究以硝酸鈷為前驅物,氫氧化鈉為沉澱劑,空氣為氧化劑,
    採用沉澱-氧化法搭配水熱程序製備不同氧化態的氧化鈷(CoOX)系
    列產物,並以X光繞射、程溫還原、熱重分析、電子顯微鏡等技術
    分析樣品的性質。更進一步地將所合成的CoOOH應用在金屬氧化物
    半導體型CO氣體感測器上當感測材料。
    從實驗結果可得知,CoOX的氧化態可藉由沉澱溶液的pH值來加以
    控制;當pH<9時,CoOX主要成份是Co3O4;9<pH<14時,主要成
    份則是CoOOH;但是當pH>14時,Co3O4及Co(OH)2變成CoOX的主體。
    以製備CoOOH當半導體式CO氣體感測器的感測材料,其對CO的靈
    敏度以80℃為最高(S = 5.6),其響應時間(response time)約為1
    分鐘。和Co3O4相比較,CoOOH有較佳的靈敏度,且可偵測的最低濃
    度約為1 ppm(S/N=12)。CoOOH有不錯的CO選擇性(Sco/SH2~4),不
    易受到其他干擾性的氣體影響。與文獻上之其它金屬氧化物相比較
    ,CoOOH有較低的操作溫度(~80℃)。


    Cobalt oxides (CoOx) of different oxidation states were prepared from Co(NO3)2 solution through a precipitation with NaOH and oxidation by air. The prepared samples were characterized with techniques of X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR), thermal analysis (TG) and electron microscopy. Furthermore, we applied CoOOH for sensing materials of SCS CO sensors.

    From experimental results, we can find that : The oxidation state of cobalt oxides(CoOX) can be controlled by pH value . Co3O4 was the main product at pH < 9. CoOOH dominated at 9 < pH < 14, but the product became Co3O4 and Co(OH)2 at pH > 14.

    In SCS, the optimum working temperature of CO detection was about 80 oC (S = 5.6). The response time SCS based on CoOOH was short (~1 min). CoOOH has better sensitivity than Co3O4 and can detect low CO down to 1 ppm(S/N=12). CoOOH has a high selectivity of CO relative to H2(Sco/SH2~4). The optimum working temperature(~80 oC) of CoOOH is lower than other semiconductor oxides on reviews.

    第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 氣體感測器 1 1-3 氣體感測器的種類與工作原理 4 1-4 一氧化碳的危害性 10 1-5 金屬氧化物半導體型CO氣體感測器的文獻回顧 13 1-6 鈷氧化物的簡介 14 1-7 研究動機與目的 16 第二章 實驗部分 18 2-1 實驗藥品 18 2-2 CoOX樣品的製備 18 2-3 CoOX樣品的命名 19 2-4樣品的特性鑑定 21 2-4.1 程溫還原系統(TPR) 21 2-4.2 熱重分析儀(TG/DTA) 21 2-4.3 X光粉末繞射儀(XRD) 24 2-4.4 穿透式電子顯微鏡(TEM) 24 2-4.5 掃描式電子顯微鏡(SEM) 24 2-5氣體感測器的製作 25 2-5.1 新鮮CoOX樣品的製備 25 2-5.2 感測材料層的製備 26 2-5.3 SCS感測電極的製作 26 2-6 SCS感測器的氣體測試 30 第三章 結果與討論 35 3-1 前驅物Co(OH)2的製備 35 3-2 CoOX樣品中鈷氧化態的探討 35 3-2.1 鹼度對CoOX組成的影響 36 3-2.2 沉澱溶液pH值與CoOX組成之關係 43 3-2.3 水熱溫度對CoOOH樣品的影響 47 3-3 CoOOH樣品的熱穩定性分析 50 3-4 SCS感測器的氣體測試 52 3-4.1 CoOOH材料的CO感測測試 52 3-4.2 CoOOH和Co3O4對CO的靈敏度測試 55 3-4.3 CoOOH材料對不同濃度CO的感測測試 58 3-4.3.1 低濃度CO的感測測試 58 3-4.3.2 靈敏度與CO濃度之關係 58 3-4.4 CoOOH感測材料層對不同氣體的感測測試 67 3-4.5 CoOOH感測材料層的穩定性測試 67 第四章 結論 71 第五章 參考文獻 74

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