Определение сероводорода в воздухе полупроводниковым сенсором на основе оксида индия
Аннотация
Сероводород является токсичным газом, который может попасть в воздух при добыче нефти и природного газа, в металлургических производствах, а также при хранении и переработке техногенных и бытовых отходов. Определение сероводорода в атмосфере является актуальной задачей аналитической химии. Для осуществления непрерывного мониторинга содержания сероводорода в труднодоступных местах не подходят такие известные методы, как хроматография или масс-спектрометрия, поэтому возникла практическая задача создания недорогого химического сенсора, обладающего достаточно высокой чувствительностью и селективностью. В нашей работе были синтезированы газочувствительные материалы на основе In2O3 с каталитическими добавками - палладием (который содержится преимущественно в виде оксида PdO) и серебром (преимущественно в виде оксида Ag2O). Синтез проводился в несколько этапов, первый из которых включал получение золя In(OH)3. После центрифугирования проводилась термообработка гидроксида индия, в результате которого был получен нанопорошок оксида индия. Полученный материал были охарактеризованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновского фазового анализа. В дальнейшем нанопорошок оксида индия смешивался с каталитическими добавками и связывающим веществом до образования пасты. Газочувствительный материал был получен в результате отжига пасты при температуре 750оС.
Были исследованы сенсорные свойства газочувствительных материалов по отношению к сероводороду, а также по отношению к угарному газу при нестационарных температурных режимах – нагрев до температуры 450оС в течение 2 секунд и охлаждение до температуры 100оС в течение 13 секунд. Показано, что материалы на основе нанодисперсного оксида индия имеют высокую чувствительность по отношению к сероводороду, а также высокую селективность.
Скачивания
Литература
Guidotti, T.L. Hydrogen sulfide: Advances in understanding human toxicity. Int. J. Toxicol. 2010; 29: 569-581.
Maekawa T. et al. Sensing Behavior of CuO-Loaded SnO2 Element for H2S Detection. Chemistry Letters. 1991; 20(4): 575-578.
Tamaki J. et al. CuO-SnO2 element for highly sensitive and selective detection of H2S. Sensors Actuators B. Chem. 1992; 9(3): 197-203.
Choi S.W. et al. H2S sensing performance of electrospun CuO-loaded SnO2 nanofibers. Sensors Actuators, B Chem. 2012; 169: 54-60.
Zhao Y. et al. Porous CuO/SnO2 composite nanofibers fabricated by electrospinning and their H2S sensing properties. Sensors Actuators, B Chem. 2012; 165(1): 82-87.
Shao F. et al. Heterostructured p-CuO (nanoparticle)/n-SnO2 (nanowire) devices for selective H2S detection. Sensors Actuators, B Chem. 2013; 181: 130-135.
Hwang I.S. et al. Enhanced H2S sensing characteristics of SnO2 nanowires functionalized with CuO. Sensors Actuators, B Chem. 2009; 142(1): 105-110.
Katti V.R. et al. Mechanism of drifts in H2S sensing properties of SnO2:CuO composite thin film sensors prepared by thermal evaporation. Sensors Actuators, B Chem. 2003; 96(1-2): 245-252.
Choi K. Il et al. Ultraselective and ultrasensitive detection of H2S in highly humid atmosphere using CuO-loaded SnO2 hollow spheres for real-time diagnosis of halitosis. Sensors Actuators, B Chem. 2014; 194: 371-376.
Verma M.K., Gupta V. A highly sensitive SnO2-CuO multilayered sensor structure for detection of H 2S gas. Sensors Actuators, B Chem. 2012; 166-167: 378-385.
Vasiliev R.B. et al. Effect of interdiffusion on electrical and gas sensor properties of CuO/SnO2 heterostructure. Mater. Sci. Eng. B. 1999; 57(3): 241-246.
Vasiliev R.B. et al. CuO/SnO2 thin film heterostructures as chemical sensors to H2S. Sensors Actuators, B Chem. 1998; 50 B50(3); 186-193.
Malyshev V.V., Pislyakov A.V. SnO2-based thick-film-resistive sensor for H2S detection in the concentration range of 1-10 mg m-3. Sensors Actuators, B Chem. 1998; 47(1-3): 181-188.
Lantto V., Mizsei J. H2S monitoring as an air pollutant with silver-doped SnO2 thin-film sensors. Sensors Actuators B. Chem. 1991; 5(1-4): 21-25.
Harkoma-Mattila A. et al. Sensitivity and selectivity of doped SnO2 thick-film sensors to H2S in the constant- and pulsed-temperature modes. Sensors Actuators B. Chem. 1992; 6(1-3): 248-252.
Gong J. et al. Micromachined nanocrystalline silver doped SnO2 H2S sensor. Sensors Actuators, B Chem. 2006; 114(1): 32-39.
Ngoc T.M. et al. Self-heated Ag-decorated SnO2 nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H2S-selective sensing. Anal. Chim. Acta. 2019; 1069: 108-116.
Kolhe P.S. et al. Synthesis of Ag doped SnO2 thin films for the evaluation of H2S gas sensing properties. Phys. B Condens. Matter. 2017; 524(June): 90-96.
Song B.Y. et al. Highly selective ppb-level H2S sensor for spendable detection of exhaled biomarker and pork freshness at low temperature: Mesoporous SnO2 hierarchical architectures derived from waste scallion root. Sensors Actuators, B Chem. 2020; 307(December 2019): 127662.
Sberveglieri G. et al. Detection of sub-ppm H2S concentrations by means of SnO2(Pt) thin films, grown by the RGTO technique. Sensors Actuators B. Chem. 1993; 15(1-3): 86-89.
Keshtkar S. et al. A novel highly sensitive and selective H2S gas sensor at low temperatures based on SnO2 quantum dots-C60 nanohybrid: Experimental and theory study. Talanta. 2018; 188: 531-539.
Hu X. et al. Highly sensitive H2S gas sensors based on Pd-doped CuO nanoflowers with low operating temperature. Sensors Actuators, B Chem. 2017; 253: 809-817.
Hu Q. et al. Binder-free CuO nanoneedle arrays based tube-type sensor for H2S gas sensing. Sensors Actuators, B Chem. 2021; 326(June 2020): 128993.
Shaposhnik A. et al. Selective detection of hydrogen sulfide and methane by a single MOX-sensor. Sensors (Switzerland). 2019; 19(5): 1135.
