Синтез и сенсорные свойства наноматериалов на основе оксида вольфрама (VI)

Авторы

  • Алексей Владимирович Шапошник ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1214-2730 (unauthenticated)
  • Алексей Алексеевич Звягин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9299-6639 (unauthenticated)
  • Станислав Викторович Рябцев ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7635-8162 (unauthenticated)
  • Ольга Вячеславовна Дьяконова ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация
  • Елена Анатольевна Высоцкая ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11946

Ключевые слова:

металлоксидные сенсоры, чувствительность, температурная модуляция

Аннотация

Целью работы явилась разработка методики синтеза наномерных материалов на основе WO3, их характеризация и исследование сенсорных свойств.


Нанопорошок был изготовлен при медленном добавлении азотной кислоты к водному раствору паравольфрамата аммония (NH4)10W21O41·xH2O с последующим центрифугированием, высушиванием и прокаливанием. Методом просвечивающей электронной микроскопии установлен размер зерен триоксида вольфрама, который составил 10-20 нм. По данным рентгеновского фазового анализа порошок, прокаленный при температуре 500 °С, состоит преимущественно из триклинной фазы. В дальнейшем к нанопорошку WO3 был добавлены нитрат диамминпалладия (II) и терпениол для образования пасты. Полученная паста была нанесена на специальную диэлектрическую подложку и прокалена до температуры 750 °С, в результате чего был получен хрупкий гель на основе триоксида
вольфрама. Массовая доля палладия в хрупком геле составила 3 %. Сенсорные свойства полученного газочувствительного материала были исследованы при стационарном (300 °С) и нестационарном температурном режиме работы сенсора (быстрый нагрев до 450 °С и медленное охлаждение до 100 °С).


Показано резкое увеличение чувствительности сенсора на основе триоксида вольфрама при использовании нестационарного температурного режима в зависимости от состава  газочувствительного слоя

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Алексей Владимирович Шапошник, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация

    д. х. н., профессор кафедры химии, Воронежский государственный аграрный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Алексей Алексеевич Звягин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация

    к. х. н., доцент кафедры химии, Воронежский государственный аграрный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Станислав Викторович Рябцев, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

    д. ф.-м. н., заведующий лабораторией, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Ольга Вячеславовна Дьяконова, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация

    к. х. н., Воронежский государственный аграрный университет (Воронеж, Российская Федерация)

  • Елена Анатольевна Высоцкая, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет», ул. Мичурина, 1, Воронеж 394087, Российская Федерация

    д. б. н., декан факультета технологии и товароведения Воронежский государственный аграрный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Библиографические ссылки

Tesfamichael T., Ponzoni A., Ahsan M., Faglia G. Gas sensing characteristics of Fe-doped tungsten oxide thin films. Sensors and Actuators B: Chemical. 2012;168(2): 345–353. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.04.032

Tesfamichael T., Ahsan M., Notarianni M., … Bell J. Gas sensing of ruthenium implanted tungsten oxide thin films. Thin Solid Films. 2014;558: 416–422. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.02.084

Zhang X., Dong B., Liu W., … Song H. Higly sensitive and selective acetone sensor based on threedimensional ordered WO3/Au nanocomposite with enhanced performance. Sensors Actuators, B Chemical. 2020;320(4): 128405. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128405

Li H., Wu C.-H., Liu Y.-C., … Wu R.-J. Mesoporous WO3-TiO2 heterojunction for a hydrogen gas sensor. Sensors Actuators, B Chemical. 2021;341(2): 130035. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130035

Nakate U. T., Yu Y. T., Park S. High performance acetaldehyde gas sensor based on p-n heterojunction interface of NiO nanosheets and WO3 nanorods. Sensors Actuators, B Chemical. 2021;344(5): 130264. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130264

Shaposhnik A. V., Shaposhnik D. A., Turishchev S. Y., … Morante J. R. Gas sensing properties of individual SnO2 nanowires and SnO2 sol-gel nanocomposites. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2019;10: 1380–1390. https://doi.org/10.3762/bjnano.10.136

Fan L., Xu N., Chen H., Zhou J., Deng S. A millisecond response and microwatt powerconsumption gas sensor: Realization based on crossstacked individual Pt-coated WO3 nanorods. Sensors Actuators B Chemical. 2021;346(2): 130545. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130545

Mineo G., Moulaee K., Neri G., Mirabella S., Bruno E. H2 detection mechanism in chemoresistive sensor based on low-cost synthesized WO3 nanorods. Sensors Actuators B Chemical. 2021;348: 130704. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130704

Hu Y., Li T., Zhang J., Guo J., Wang W., Zhang D. High-sensitive NO2 sensor based on p-NiCo2O4/n-WO3 heterojunctions. Sensors Actuators B Chemical. 2022;352(P2): 130912. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130912

Karpe S. B., Bang A. D., Adhyapak D. P., Adhyapak P. V. Fabrication of high sensitive proto-type NOx sensor based on Pd nanoparticles loaded on WO3. Sensors Actuators B Chemical. 2022;354: 131203. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.131203

Yao G., Yu J., Wu H., … Tang Z. P-type Sb doping hierarchical WO3 microspheres for superior close to room temperature ammonia sensor. Sensors Actuators B Chemical. 2022;359: 131365. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131365

Hu J., Xiong X., Guan W., Long H., Zhang L., Wang H. Self-templated flower-like WO3-In2O3 hollow microspheres for conductometric acetone sensors. Sensors Actuators B Chemical. 2022;361(10): 131705. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131705

Sen S., Maity S., Kundu S. Fabrication of Fe doped reduced graphene oxide (rGO) decorated WO3 based low temperature ppm level acetone sensor: Unveiling sensing mechanism by impedance spectroscopy. Sensors Actuators B Chemical. 2022;361(3): 131706. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131706

Wang X., Han W., Yang J., … Lu G. Conductometric ppb-level triethylamine sensor based on macroporous WO3-W18O49 heterostructures functionalized with carbon layers and PdO nanoparticles. Sensors Actuators B Chem. 2022;361(1): 131707. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131707

Liu Y., Li X., Li X., … Liu Y. Highly permeable WO3/CuWO4 heterostructure with 3D hierarchical porous structure for high-sensitive room-temperature visible-light driven gas sensor. Sensors Actuators B Chemical. 2022;365(4): 131926. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131926

Lee J., Kim S. Y., Yoo H. S., Lee W. Pd-WO3 chemiresistive sensor with reinforced self-assembly for hydrogen detection at room temperature. Sensors Actuators B Chemical. 2022;368(6): 132236. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132236

Zhang Y., Wu C., Xiao B., … Lin H. ChemoresistiveNO2 sensor using La-doped WO3 nanoparticles synthesized by flame spray pyrolysis. Sensors Actuators B Chemical. 2022;369:(2): 132247. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132247

He M., Xie L., Zhao X., Hu X., Li S., Zhu Z.-G. Highly sensitive and selective H2S gas sensors based on flower-like WO3/CuO composites operating at low/ room temperature. Journal of Alloys and Compounds. 2019;788: 36–43. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.01.349

Marikutsa A., Yang L., Kuznetsov A. N., Rumyantseva M., Gaskov A. Effect of W–O bonding on gas sensitivity of nanocrystalline Bi2WO6 and WO3. Journal of Alloys and Compounds. 2021;856: 158159. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158159

Duong V. T., Nguyen C. T., Luong H. B., Nguyen D. C., Nguyen H. L. Ultralow-detection limit ammonia gas sensors at room temperature based on MWCNT/WO3 nanocomposite and effect of humidity. Solid State Sciences. 2021;113(11): 106534. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2021.106534

Zhang C., Wu K., Liao H., Debliquy M. Room temperature WO3-Bi2WO6 sensors based on hierarchical microflowers for ppb-level H2S detection. Chemical Engineering Journal. 2022;430(P2): 132813. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132813

Hwan Cho S., Min Suh J., Jeong B., … Won Jang H. Fast responding and highly reversible gasochromic H2 sensor using Pd-decorated amorphous WO3 thin films. Chemical Engineering Journal. 2022;446(P1): 136862. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136862

Kumaresan M., Venkatachalam M., Saroja M., Gowthaman P. TiO2 nanofibers decorated with monodispersed WO3 heterostruture sensors for high gas sensing performance towards H2 gas. Inorganic Chemistry Communications. 2021;129(2): 108663. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.108663

Chen L., Zhang Y., Sun B., … Tian C. Surface modification of WO3 nanoparticles with Pt and Ru for VOCs sensors. Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2022: 100143. https://doi.org/10.1016/j.cjac.2022.100143

Hu J., Xiong X., Guan W., Long H. Designed construction of PdO@WO3 core–shell architecture as a high-performance acetone sensor. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021;9(6): 106852. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106852

Sensor electronics, sensors: solid state sensors on silicon: a study guide for students of higher education institutions / E. P. Domashevskaya [et al.]; edited by A. M. Hoviv. Moscow: Yurayt Publishing House, 2020. 203 p. (in Russ). Available at: https://urait.ru/bcode/518779

Siciliano T., Tepore A., Micocci G., Serra A., Manno D., Filippo E. WO3 gas sensors prepared by thermal oxidization of tungsten. Sensors and Actuators B: Chemical. 2008;133(1): 321–326. https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.02.028

Vallejos S., Khatko V., Calderer J., … Correig X. Micro-machined WO3-based sensors selective to oxidizing gases. Sensors and Actuators B: Chemical. 2008;132(1): 209–215. https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.01.044

Zhang C., Boudiba A., Navio C., … Debliquy M. Highly sensitive hydrogen sensors based on cosputtered platinum-activated tungsten oxide films. International Journal of Hydrogen Energy. 2010;36(1): 1107–1114. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.10.011

Yakovlev P. V., Shaposhnik A. V., Voishchev V. S., Kotov V. V., Ryabtsev S. V. Determination of gases using polymer-coated semiconductor sensors. Journal of Analytical Chemistry. 2002;57(3): 276–279. https://doi.org/10.1023/A:1014412919822

Shaposhnik A. V., Moskalev P. V., Zviagin A. A., … Vasiliev A. A. Selective determination of hydrogen sulfide using SnO2–Ag sensor working in nonstationary temperature regime. Chemosensors. 2021; 9(8): 203. https://doi.org/10.3390/chemosensors9080203

Shaposhnik A., Zvyagin А., Vasiliev A., Ryabtsev S., Shaposhnik D., Nazarenko I., Buslov V. Optimal temperature regimes of semiconductor sensors determination. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2008;8(3): 501–506. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11928774

Shaposhnik A., Moskalev P., Sizask E., Ryabtsev S., Vasiliev A. Selective detection of hydrogen sulfide and ethane by a single MOX-sensor. Sensors (Switzerland). 2019;19(5): 1135. https://doi.org/10.3390/s19051135

Опубликован

2024-03-20

Выпуск

Раздел

Оригинальные статьи

Как цитировать

Синтез и сенсорные свойства наноматериалов на основе оксида вольфрама (VI). (2024). Конденсированные среды и межфазные границы, 26(2), 349-355. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11946

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)