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Nano Functional Ceramic Lab.
Dispersive SnO2 nanosheets: Hydrothermal
synthesis and gas-sensing properties
Peng Sun, Yang Cao, Jun Liu, Yanfeng Sun∗, Jian Ma, Geyu Lu∗
State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and
Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China
指導教授：王聖璋 博士
報告人: 楊庭維
No.11
2016/7/15
Outline
•前言
•實驗步驟
•結果與討論
•結論
•未來工作
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前言
．近幾年，一維的奈米材料愈來越備受注意，像是nanowires , nanorod , nanobelts ,
nanotubes，它們有著獨特的結構及不同的材料特性。
．SnO2為金屬氧化物的一種，屬於具寬能隙(Eg=3.6eV)的N型半導體，可應用在
gas sensor, solar cell, transistors等等。
．液相合成法在嘗試得到不同型態的金屬氧化物是受到很多注意的。由於製程方
法簡易及低裝置成本，所以本研究利用此方法來合成具有分散性的SnO2奈米片，
並利用檸檬酸鈉來促進水熱法的合成。
．最後利用具有分散性的SnO2奈米片來做氣體感測的測試。
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實驗步驟
．製備SnO2 nanosheets
SnCl2．2H2O(4mM) + Na3C6H5O7 ．2H2O(10 mM)
混合之後，加進水及酒精(1:1)的溶液(PH =11)裡，攪拌一小時
在電爐裡，內襯為鐵氟龍、不銹鋼的壓力鍋下加熱至180℃並持溫12h
最後在400℃下燒結2h
XRD
SEM
TEM
實驗步驟
．氣體感測層製備
以先前製備之powder 加進 DI water ，做超音波震盪，最後得出糊狀物
把糊狀物塗佈在氧化鋁管(L=4 mm 、外徑1.2 mm 、內徑0.8 mm)上，
兩端電極材質為金
在室溫、空氣下乾燥一小時，乾燥完再以400℃燒結2h
感測層膜厚約100µm
．氣體感測裝置
利用一腔體(50 L in volume) ，Target gas採用微型注射器注入。
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結果與討論
． SnO2 nanosheets TEM
(a)皆出現相同結構的SnO2 nanosheets
(b) SnO2 nanosheets 形狀大都成長方形，
只有出現少數形狀較不規則的，
SnO2 nanosheets 的表面也相當平坦，
厚度約10nm 。
(d) 、(e) 觀察出為多晶的結構
Fig. 1. Morphological characterization of as-synthesized SnO2
samples: (a) panoramic, (b) enlarged FESEM images, (c–e) TEM,
SAED, and HRTEM images of the nanosheets.
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結果與討論
． SnO2 nanosheets SEM
Fig. 2. FESEM images of samples obtained by using (a) 5 mmol sodium citrate, (b) 10 mmol
sodium citrate, (c) 0.9 g PVP.
(a).添加檸檬酸鈉 5 mmol ，出現數量較多的SnO2 nanosheets ，且尺寸較小。
(b).添加檸檬酸鈉 10 mmol ，發現有分散原本團聚的SnO2 nanosheets 。
(c).添加0.9g PVP ，形成較大的微球體，粒徑約800 nm ~ 1µm 。
結果與討論
Fig. 3. XRD patterns of the as-prepared SnO2 samples before
and after sintering.
．XRD分析，由上圖得知SnO2 samples
燒結前後的峰值與JCPDS NO.41-1445相
吻合，無發現其他結晶相。晶體結構為
正方晶系的金紅石結構，未經燒結的晶
粒大小約為11 nm ，燒結過後晶粒變大
及結晶性變佳。
Fig. 4. Response of the sensor to 100 ppm ethanol as a
function of operating temperature.
．觀察在乙醇濃度100ppm下，隨著溫
度升高，反應值的變化，並找出理想
的工作溫度。
．發現在250 ℃時，反應值最高，代
表此工作溫度靈敏性最高。
結果與討論
Fig. 5. (a) Responses of the sensor using SnO2 nanosheets to 100 ppm various test gases at 250 ◦C.
(b) Response of the sensor versus the ethanol concentration at 250 ◦C.
．上圖為SnO2 nanosheets在各種揮發性
氣體下之感測，並比較反應值。
．由圖表得知， SnO2 nanosheets對乙醇
的反應值最好(超過77)，次要的是丙酮
(33)，其餘皆未超過20 。
．上圖為在250℃下乙醇的濃度變化之反應
值。
．由圖表得知，由一開始100 ppm到800
ppm時反應值都有很明顯的上升，超過800
ppm時，發現反應值有飽和的傾向。在低
濃度(20 ppm-90 ppm)時反值值就很高了。
結果與討論
，
Fig. 6. (a) Response of the sensor using SnO2 nanosheets to 500 ppm CO as a function of operating temperature.
(b) Response transients of the sensor to 200 ppm CO at 300 ◦C, the inset displaying six periods of response curve.
．上圖為SnO2 nanosheets在溫度變化下對
CO(500 ppm)的反應值。
．發現在300 ℃時的反應值是最佳的。
．上圖為SnO2 nanosheets在CO(200 ppm)
溫度300℃時做了六次循環，目的是觀
察Response及Recovery time 。
．發現對CO有著很快的Response及
Recovery time各為1s及3s ，顯示出具有
良好的重複性及穩定性。
結論
．此研究成功利用水熱法去生成出厚度10 nm且具有分散性的SnO2 nanosheets 。
本實驗利用檸檬酸鈉做為水熱法的促進劑，發現添加檸檬酸納在10 mmol 時對
SnO2 nanosheets 的分散性很好。
．在氣體感測中，針對揮發性氣體的感測，發現對乙醇的感度最佳及反應值最
高。另外再針對氧化性氣體CO做感測，發現在氣體濃度200 ppm 及300 ℃時的
反應值最高，再以固定300 ℃下對氧化性氣體(CO)做六次的循環反應，發現反
應值並沒有隨著反應次數增加而衰退，顯示出在此階段具有很好的穩定性及重
複性，這是本實驗最大的優勢。
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未來工作
．Design the gas sensor device
．Gas sensor paper review
．以前驅物(SnOA2)與少量的油酸鈉(1 mmol ~8 mmol)去製備SnO2，並觀察
其型態結構。
．奈米研討會投稿
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