中国电机工程学报入选论文范文

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发布时间：2013-12-19 14:10:16  更新时间：2013-12-19 14:50:12

　　近年来，随着世界汽车用量的猛增，随之带来的汽车尾气污染问题日趋严重。一些城市由过去的煤烟型污染转成以机动车排放污染为主。汽车尾气中氮氧化物气体NOx（NO2+NO）的排放会破坏臭氧层、引起酸雨和光化学烟雾，已对人类的生存和身体健康构成了严重威胁。为此急需开发能够实现准确、快速地测定汽车尾气中NOx含量的装置。传统的NOx检测装置（如，化学发光测定仪、色谱仪等）虽然具有较高的灵敏度和较低的检出限，但装置复杂、价格昂贵，且不能实现NOx的现场连续监测，也不便于汽车上的安装。

　　摘要：从传感器的工作机理、敏感电极材料发展、结构研究等方面综述近几年氧化锆基混合电势型NOx气体传感器的研究进展，展望此类传感器的应用前景和发展方向。

　　关键词：氧化锆,混合电势,NOx传感器

　　相对而言，化学类NOx传感器则能对汽车尾气中NOx实现简便、快速、现场连续监测。基于氧化锆为固体电解质的混合电势型NOx传感器是近年来逐渐发展起来的一种新型化学类NOx传感器。在过去的十几年中，氧化锆基混合电势型NOx传感器得到了迅速发展，研究者从传感器的电极材料、结构、工作机理等方面对此类传感器进行了广泛的研究报道。

　　1NOx传感器敏感电极材料的发展

　　氧化锆基混合电势型NOx传感器最早采用Y2O3稳定的ZrO2（YSZ）作固体电解质，Au等贵金属作敏感电极。但是，由于Au电极在高温下的快速再结晶而失去催化活性，使得传感器在高温下不能进行长时间稳定地工作，无法实现NOx现场连续监测。为此，研究者们尝试采用难熔氧化物电极材料取代Au等贵金属作传感器的敏感电极，以提高传感器在高温下的稳定性和可重复性。

　　S.Zhuiykov等首先对ZnFe2O4、ZnCr2O4等十几种尖晶石型氧化物电极材料进行了研究测试。发现以ZnFe2O4作敏感电极制备的氧化锆基NOx传感器，在550-700℃范围内，对NO和NO2均具有最高的响应电势，且电势信号与NOx浓度呈现良好的线性关系，但该传感器的响应时间还有待提高；而以ZnCr2O4作敏感电极制备的传感器则具有更短的响应时间。W.Xiong等用CuO和CuCr2O4的混合物作敏感电极，制备的氧化锆基混合电势型NOx传感器在高温下不但具有较高的响应电势、较快的响应速度、而且具有很好的重复性和抗干扰性。在659℃高温下，传感器的响应时间和恢复时间分别为8s和10s，而且不受CO，CH4，O2等其它气体的干扰。还有一些其它氧化物，如LaFeO3，Cr2O3，WO3等，在500-700℃温度范围内对NOx都具有较好的敏感特性。

　　但是，当温度超过700℃时，上述材料对NOx的敏感特性均出现了大幅下降。N.Miura等人研究发现用NiO作敏感电极制备的传感器能够在700℃以上的温度下正常工作。在温度高达850℃时，NiO敏感电极对NO2还具有较高的敏感特性，且传感器响应电势与NO2浓度呈良好的线性关系。J.Wang等研究发现在NiO中掺入Pt，Rh，Ir，Ru等贵金属，能够大大提高传感器对NO2敏感性，掺入Rh后性能最好。当NiO中掺入Rh的质量分数为3%时，在温度为800℃时，NO2浓度为500

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