Сенсорные свойства h-WO3, допированного катионами Co2+ и Fe3+, по отношению к токсичным газам

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены сенсорные свойства твердых растворов h-CoxWO3 (0 ≤ x ≤ 0.09) и h-W1–xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0.06), а также m-WO3 по отношению к различным токсичным газам на уровне предельно допустимых концентраций в воздухе. Допирование h-WO3 ионами Co2+ или Fe3+ не влияет на чувствительность сенсорного отклика к CH3COCH3 и NH3, но приводит к снижению сенсорного сигнала относительно NO2. Выполнен сравнительный анализ сенсорных свойств триоксида вольфрама гексагональной и моноклинной кристаллографических модификаций. При детектировании CH3COCH3 и NH3 чувствительность h-WO3 по сравнению с m-WO3 сильнее в ~1.5 и ~1.3 раза соответственно. Концентрация кислородных вакансий и объем пор являются ключевыми параметрами, определяющими более высокую чувствительность m-WO3 по отношению к NO2 по сравнению с h-WO3.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Подвальная

Институт химии твердого тела УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: podnat@inbox.ru
Россия, 620990, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

А. В. Марикуца

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: podnat@inbox.ru

химический факультет

Россия, 119234, Москва, Ленинские горы, 1–3

Г. С. Захарова

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: podnat@inbox.ru
Россия, 620990, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Список литературы

  1. Li. Z.J., Li H., Wu Z.L. et al. // Mater. Horiz. 2019. V. 6. № 3. P. 470. https://doi.org/10.1039/C8MH01365A
  2. Wang H., Lusting W.P., Li J. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. № 13. P. 4729. https://doi.org/10.1039/C7CS00885F
  3. Rezvani S.A., Soleymanpour A. // Microchem. J. 2019. V. 149. P. 104005. https://doi.org/10.1016/j.microc.2019.104005
  4. Yoon J.W., Lee J.H. // Lab. Chip. 2017. V. 17. № 21. P. 3537. https://doi.org/10.1039/C7LC00810D
  5. Broza Y.Y., Vishinkin R., Barash O. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. № 13. P. 4781. https://doi.org/10.1039/C8CS00317C
  6. Mustafa F., Andreescu S. // Foods. 2018. V. 7. № 10. P. 168. https://doi.org/10.3390/foods7100168
  7. Yunusa Z., Hamidon M.N., Kaiser A. et al. // Sensors Transducers. 2014. V. 168. № 4. P. 61. https://sensorsportal.com/HTML/ST_JOURNAL/PDF_Files/P_1957.pdf
  8. Xing J., Lin Z., Zhou J. et al. // Mater. Lett. 2019. V. 244. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.01.148
  9. Wetchakun K., Samerjai T., Tamaekong N. et al. // Sens. Actuators, B. 2011. V. 160. № 1. P. 580. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2011.08.032
  10. Dey A. // Mater. Sci. Eng. B. 2018. V. 229. P. 206. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2017.12.036
  11. Dong C., Zhao R., Yao L. et al. // J. Alloys Compd. 2019. V. 820. P. 153194. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153194
  12. Huang Z.-F., Song J., Pan L. et al. // Adv. Mater. 2015. V. 27. № 36. P. 5309. https://doi.org/10.1002/adma.201501217
  13. Бушкова Т.М., Егорова А.А., Хорошилов А.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 4. С. 470. https://doi.org/10.31857/S0044457X21040073
  14. Solarska R., Alexander B.D., Braun A. et al. // Electrochim. Acta. 2010. V. 55. № 26. P. 7780. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2009.12.016
  15. Shannow R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  16. Faisal M., Javed I., Tarid J. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 728. P. 1329. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.234
  17. Gao H., Zhu L., Peng X. et al. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 592. 153310. P. 153310. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153310
  18. Zhang Z., Hag M., Wen Z. et al. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 434. P. 891. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.074
  19. Renitta А., Vijayalakshmi K. // Catal. Commun. 2016. V. 73. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.10.014
  20. Liu Z., Liu B., Xie W. et al. // Sens. Actuators, B. 2016. V. 235. P. 614. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.05.140
  21. Lim J.C., Jin C., Choi M.C. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 15. P. 20956. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.04.095
  22. Jia Q., Ji H., Gao P. et al. // J. Mater. Sci - Mater Electron. 2015. V. 26. P. 5792. https://doi.org/10.1007/s10854-015-3138-5
  23. Hernandez-Uresti D.B., Sánchez-Martínez D., Martínez-de la Cruz A. // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 3. P. 4767. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.022
  24. Zakharova G.S., Podval’naya N.V., Gorbunova T.I. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 938. P. 168620. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168620
  25. Захарова Г.С., Подвальная Н.В., Горбунова Т.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 4. С. 435. https://doi.org/10.31857/S0044457X22602127
  26. Захарова Г.С., Подвальная Н.В., Горбунова Т.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 8. С. 1117.
  27. Al-Kuhaili M.F., Drmosh Q.A. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 281. P. 125897. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125897
  28. Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W. et al. // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603. https://doi.org/10.1351/pac198557040603
  29. Gillet M., Lemire C., Gillet E. et al. // Surf. Sci. 2003. V. 532–535. P. 519. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(03)00477-1
  30. Zhang C., Luo Y., Xu J. et al. // Sens. Actuators, A: Phys. 2019. V. 289. P. 118. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.02.027
  31. Korotcenkov G., Han S.-D., Cho B.K. et al. // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2009. V. 34. № 1–2. P. 1. https://doi.org/10.1080/10408430902815725
  32. Marikutsa A., Rumyantseva M., Konstantinova E.A. et al. // Sensors. 2021. V. 21. № 7. P. 2554. https://doi.org/10.3390/s21072554
  33. Staerz A., Berthold C., Russ T. et al. // Sens. Actuators B Chem. 2016. V. 237. P. 54. http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.06.072
  34. Amiri V., Roshan H., Miraei A. // Sensors. 2020 V. 20. P. 3096. https://doi.org/10.3390/2Fs20113096
  35. Wang M., Wang Y., Li X. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2020. V. 316. P. 128050. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128050
  36. Фаттахова З.А., Вовкотруб Э.Г., Захарова Г.С. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 1. С. 41. https://doi.org/10.31857/S0044457X21010025

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы порошков h-WO3 (1), h-Co0.09WO3 (2), h-W0.94Fe0.06O3 (3) (а) и m-WO3 (б). На вставке представлено положение пика 002. Вертикальными линиями показаны позиции брэгговских пиков для h-WO3 (ICDD 85-2460) и m-WO3 (ICDD 43-1035).

Скачать (206KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-изображения порошков h-WO3 (а), h-Co0.09WO3 (б), h-W0.94Fe0.06O3 (в) и спектры энергодисперсионного рентгеновского микроанализа порошков h-Co0.09WO3 (1) и h-W0.94Fe0.06O3 (2) (г). Дополнительный пик от углерода обусловлен подложкой, применяемой для фиксации образца.

Скачать (581KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ- (а) и ПЭМ-изображения (б) порошка m-WO3.

Скачать (346KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ТГ-, ДСК- и МС-кривые для h-Co0.09WO3 (а) и h-W0.94Fe0.06O3 (б).

Скачать (160KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изотермы сорбции (a) и кривые распределения пор по размерам (б) порошков h-WO3 (1), h-Co0.09WO3 (2), h-W0.94Fe0.06O3 (3), m-WO3 (4).

Скачать (175KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурные зависимости сопротивления m-WO3, h-WO3, h-Co0.01WO3, h-Co0.03WO3, h-Co0.09WO3, h-W0.99Fe0.01O3, h-W0.97Fe0.03O3, h-W0.94Fe0.06O3.

Скачать (190KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Динамический отклик сенсоров на основе h-WO3, h-Co0.01WO3, h-Co0.03WO3, h-Co0.09WO3 по отношению к различным концентрациям паров ацетона при 250°С (а). Температурная зависимость сенсорного отклика m-WO3, h-WO3, h-Co0.01WO3, h-Co0.03WO3, h-Co0.09WO3, h-W0.99Fe0.01O3, h-W0.97Fe0.03O3, h-W0.94Fe0.06O3 по отношению к 20 м.д. ацетона (б). Концентрационная зависимость сенсорного отклика m-WO3 и h-WO3 относительно CH3COCH3 при 300°С (в). Концентрационная зависимость сенсорного отклика m-WO3 и h-WO3 относительно NO2 при 100°С (г).

Скачать (264KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сенсорный отклик m-WO3, h-WO3, h-Co0.01WO3, h-Co0.03WO3, h-Co0.09WO3, h-W0.99Fe0.01O3, h-W0.97Fe0.03O3 h-W0.94Fe0.06O3 по отношению к NO2 при 100°C и газам-восстановителям CO, NH3, H2S, CH3COCH3, CH3OH, CH2O, C6H6 при 300°C.

Скачать (239KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Температурные зависимости скорости десорбции аммиака с поверхности образцов (a) и термопрограммируемой десорбции (ТПД) аммиака, масс-спектры десорбируемого газа с поверхности h-WO3 (б).

Скачать (186KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025