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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡東剛
研究生(外文):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
論文名稱(外文):Preparation of Cobalt Oxyhydroxide and its Application on CO Sensors
指導教授:葉君棣吳仁彰
指導教授(外文):Chuin-Tih YehRan-Jang Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
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 oxyhydroxideCO sensorssensitivity
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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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