Влияние условий синтеза на кристаллическую структуру нанопленок оксида палладия (II))
Аннотация
Нанокристаллические пленки оксида палладия (II), синтезированные на подложках SiO2/Si (100) оксидированием в атмосферном воздухе исходных слоев металлического Pd толщиной 35 нм, изучены методами рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и дифракции быстрых электронов.
Гетероструктуры PdO/SiO2/Si (100) синтезированы в два этапа: сначала методом термической сублимации в высоком вакууме на подложках SiO2/Si (100) (с буферным слоем SiO2 толщиной ~ 300 нм) были получены мелкодисперсные слои металлического Pd, которые оксидировали в диапазоне температуры Ток = 620 – 1100 K прокаливанием в атмосферном воздухе (парциальное давление O2 составляет около 21 кПа). Установлено, что тетрагональная кристаллическая структура однофазных нанокристаллических пленок PdO подвергается деформации, что обусловлено увеличением параметров решетки с ростом температуры оксидирования, и достигает максимальных значений при Ток ~ 970 К. При сопоставлении с полученными ранее данными для гетеростуктур PdO/SiO2/Si (100),
синтезированных в атмосфере сухого кислорода (парциальное давление O2 составляет около 101.3 кПа), показано, что оксидирование в атмосфере O2 характеризуется более высокой степенью деформации кристаллической структуры.
Влияние температуры оксидирования и парциального давления O2 на увеличение параметров тетрагональной решетки пленок PdO можно объяснить образованием междоузельных атомов кислорода в октаэдрических пустотах в центре элементарной ячейки оксида палладия (II).
Скачивания
Литература
Yamazoe N. Toward innovations of gas sensor technology. Sensors and Actuators B. 2005;108: 2–14. https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.12.075
Seiyama T., Kato A., Fujiishi K., Nagatani M. A new detector for gaseous components using semiconductive thin films. Analytical Chemistry. 1962;34: 1502–1503. https://doi.org/10.1021/ac60191a001
Marikutsa A. V., Rumyantseva M. N., Gaskov A. M., Samoylov A. M. Nanocrystalline tin dioxide: Basics in relation with gas sensing phenomena. Part I. Physical and chemical properties and sensor signal formation. Inorganic Materials. 2015;51(13): 1329–1347. https://doi.org/10.1134/S002016851513004X
Ong C. B., Ng L. Y., Mohammad A. W. A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: synthesis, mechanisms and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018;81: 536–551. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.020
Korotcenkov G. Metal oxides for solid-state gas sensors: What determines our choice? Materials Science and Engineering: B. 2007; 139: 1–23. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.01.044
Marikutsa A. V., Rumyantseva M. N., Gaskov A. M., Samoylov A. M Nanocrystalline tin dioxide: Basics in relation with gas sensing phenomena. Part II. Active centers and sensor behavior. Inorganic Materials. 2016;52(13): 1311-1338. https://doi.org/10.1134/S0020168516130045
Al-Hashem M., Akbar S., Morris P. Role of oxygen vacancies in nanostructured metal-oxide gas sensors: a review. Sensors Actuators B. 2019;301: 126845. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126845
Korotcenkov G. Handbook of gas sensor materials. Properties, advantages and shortcomings for applications. Volume 1: Conventional approaches. Springer: New York Heidelberg Dordrecht London; 2013. 442 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-7165-3
Toda K., Furue R., Hayami S. Recent progress in applications of graphene oxide for gas sensing: A review. Analytica Chimica Acta. 2015;878: 43–53. https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.02.002
Kim H.-J., Lee J.-H. Highly sensitive and selective gassen sorsusingp-type oxide semiconductors: Overview. Sensors and Actuators B. 2014;192: 607–627. https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.11.005
García-Serrano O., López-Rodríguez C., Andraca-Adame J. A., Romero-Paredes G., Pena-Sierra R. Growth and characterization of PdO films obtained by thermal oxidation of nanometric Pd films by electroless deposition technique. Materials Science and Engineering B. 2010;174: 273–278. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2010.03.064
Ryabtsev S. V., Ievlev V. M., Samoylov A. M., Kuschev S. B., Soldatenko S. A. Microstructure and electrical properties of palladium oxide thin films for oxidizing gases detection. Thin Solid Films. 2017;636: 751−759. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.009
Ryabtsev S. V., Shaposhnik A. V., Samoylov A. M., Sinelnikov A. A., Soldatenko S. A., Kuschev S. B., Ievlev V. M. Thin films of palladium oxide for gas sensors. Doklady Physical Chemistry. 2016;470(2): 158–161. https://doi.org/10.1134/s0012501616100055
Ryabtsev S. V., Iyevlev V. M., Samoylov A. M., Kuschev S. B., Soldatenko S. A. Real microstructure and electrical properties of palladium oxide thin films for oxidizing gases detecting. In: Science and Application of Thin Films, Conference & Exhibition (SATF-2016) Çeşme, Izmir, Turkey, September 19–23, 2016. Book of Abstracts: Izmir Institute of Technology. 2016: 44.
Ievlev V. M., Ryabtsev S. V., Shaposhnik A. V., Samoylov A. M., Kuschev S. B., Sinelnikov A. A. Ultrathin films of palladium oxide for oxidizing gases detecting. Procedia Engineering. 2016;168: 1106–1109. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.357
Samoylov A. M., Gvarishvili L. J., Ivkov S. A., Pelipenko D. I., Badica P. Two-stage synthesis of pPalladium (II) oxide nanocrystalline powders for gas sensor application. Research & Development in Material Science. 2018;8(2). https://doi.org/10.31031/rdms.2018.08.000682
Ievlev V. M., Ryabtsev S. V., Samoylov A. M., Shaposhnik A. V., Kuschev S. B., Sinelnikov A. A. Thin and ultrathin of palladium oxide for oxidizing gases detection. Sensors and Actuators B. 2018;255(2): 1335–1342. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.121
Samoylov A. M., Ivkov S. A., Pelipenko D. I., … Badica P. Structural changes in palladium nanofilms during thermal oxidation. Inorganic Materials. 2020;56(10): 1020–1026. https://doi.org/10.1134/s0020168520100131
Samoylov A. M., Pelipenko D. I., Kuralenko N. S. Calculation of the nonstoichiometry area of nanocrystalline palladium (II) oxide films. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(1): 62–72. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3305
Samoylov A. M., Ryabtsev S. V., Popov V. N., Badica P. Palladium (II) oxide nanostructures as promising materials for gas sensors. In: Novel nanomaterials synthesis and applications. (George Kyzas ed.). UK, London: IntechOpen Publishing House; 2018. p. 211–229. https://doi.org/10.5772/intechopen.72323
Ryabtsev S. V., Ghareeb D. A. A., Sinelnikov A. A., Turishchev S. Yu., Obvintseva L. A., Shaposhnik A. V. Ozone detection by means of semiconductor gas sensors based on palladium (II) oxide. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(1): 56–61. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3303
Ryabtsev S. V., Ghareeb D. A. A., Turishchev S. Yu., Obvintseva L. A., Shaposhnik A. V., Domashevskaya E. P. Structural and gas-sensitive characteristics of thin semiconductor PdO films of various thicknesses during ozone detection. Semiconductors. 2022;56(13): 2057–2062. https://doi.org/10.21883/SC.2022.13.53898.9684
Samoylov A. M., Pelipenko D. I., Ivkov S. A., Tyulyakova E. S., Agapov B. L. Thermal stability limit of thin palladium(II) oxide films. Inorganic Materials. 2022;58(1): 48–55. https://doi.org/10.1134/s0020168522010095
Choudhury S., Bettya C. A., Bhattacharyyaa K., Saxenab V., Bhattacharya D. Nanostructured PdO thin film from Langmuir–Blodgett precursor for room temperature H2 gas sensing. ACS Applied Materials & Interfaces. 2016;8(26): 16997–17003. https://doi.org/10.1021/acsami.6b04120
Yang S., Li Q., Li C., … Fu Y. Enhancing the hydrogen-sensing performance of p-type PdO by modulating the conduction model. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021;13: 52754−52764. https://doi.org/10.1021/acsami.1c13034
Phase diagrams of binary metal systems: Handbook: in 3 volumes*. Lyakishev N. P. (ed.) Moscow: Metallurgy Publ.; 1996–2000. (In Russ.)
Hammond C. The basics of crystallography and diffraction. Fourth edition. International union of crystallography. Oxford University Press; 2015. 519 p.
ASTM JCPDS - International Centre for Diffraction Data. ã 1987-2009. JCPDS-ICDD. Newtown Square, PA 19073. USA.
Grier D., McCarthy G., North Dakota: State University, Fargo, N. Dakota, USA, ICDD Grant-in-Aid, JCPDS-ICDD, 1991. Card no. 43-1024.
Wiberg, E., Wiberg, N., Holleman, A. F. Inorganic Chemistry. 1st English Edition. San Diego: Academic Press; Berlin, New York: De Gruyter, USA; 2001. 1884 p.
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
