ساخت نانو میله‌های CeO2 آلاییده شده با عناصر واسطه به عنوان حسگر اتانول

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری

3 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، تهران، ایران

10.22075/chem.2020.16067.1531

چکیده

نانو میله‌های MX%-CeO2 (M=Zr4+, V3+) به روش هیدروترمال ساخته شد. مورفولوژی سطح و خواص ساختاری آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) و پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. این نانومیله‌ها برای ساخت حسگر مورد استفاده قرار گرفت و حساسیت آنها نسبت به ترکیبات آلی فرار شامل متانول، استون، اتانول و 2-پروپانول بررسی شد. نتایج نشان داد که آلایش با یون‌های +V3 و +Zr4 نقش مهمی در ساختار و اندازه نانو میله‌ها دارد. طبق نتایج مرتبط با حساسیت این نانو میله‌ها واکنش قوی‌تر و سریع‌تری را نسبت به گاز اتانول در مقایسه با CeO2 برهنه نشان دادند. حسگر گاز نانو میله‌های CeO2 نسبت به اتانول با غلظت 340ppm حدود 4/5 واحد حساسیت نشان می‌دهد. در حالی که آلاییدن نانومیله‌های CeO2 به یون‌های +V3 یا +Zr4 سبب افزایش حساسیت حسگر به ترتیب تا 10/32 و 5/66 واحد می‌شود. افزایش حساسیت بر اساس مدولاسیون پهنای کانال هدایت و ارتفاع سد پتانسیل بین فازی، تشریح شد. بر اساس نتایج بدست آمده، حسگرهای Zr20%-CeO2 و V1%-CeO2 نسبت به اتانول حساسیت و گزینش‌پذیری بیشتری را در مقایسه با سایر نمونه‌ها نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of transition metals doped CeO2 nanorods as an Ethanol sensor

نویسندگان [English]

  • seyedamirabbas zakaria 1
  • susan samadi 2
  • Ghasem Asadi Cordshooli 3
1 Department of Chemistry, College of Basic Science, Yadegar-e-Imam Khomeini (RAH) Shahr-e-Rey Branch, Islamic Azad University, Tehran
2 Department of Chemistry, College of Basic Science, Yadegar-e-Imam Khomeini (RAH) Shahr-e-Rey Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Physics, College of Basic Science, Yadegar-e-Imam Khomeini (RAH) Shahr-e-Rey Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The MX%-CeO2 (M=Zr4+, V3+) nanorods were synthesized via hydrothermal method. The field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) were used to investigate the surface morphology and know the structural properties of the nanorods. The nanorods were used to make sensors and their sensitivity be tested for volatile organic compounds including methanol, acetone, ethanol and 2-propanol. The results showed that Zr4+ and V3+ dopant ions play a vital role in the structure and the size of rods. According to the sensing results these nanorods exhibited stronger and faster response to ethanol gas than the bare CeO2. While the CeO2 nanorods showed the sensitivity of 4.5 units for 340ppm ethanol concentration, sensitivity of doped samples with V3+ and Zr4+ ions increased to 10.32 and 5.66 units, respectively. The sensitivity enhancement described by the larger modulation of the conduction channel width and interfacial potential barrier height. According to the results, Zr20%-CeO2 and V1%-CeO2 sensors were more sensitive and selective to ethanol, compared to the other samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas sensor
  • Potential barrier
  • Doping
  • Zirconium (IV)
  • Vanadium (III)
[1] C.M. Hung, D.T.T. Le, N.V. Hieu, J. Sci.: Adv. Mater. Devices, 2 (2017) 263.
[2] S. Shao, Y. Chen, S. Huang, F. Jiang, Y. Wang, R. Koehn, RSC Adv., 7 (2017) 39859.
[3] S. Thakur, P. Patil, RSC Adv., 6 (2016) 45768.
[4] L. Zhu, W. Zeng, Sens.Actuators A Phys., 267 (2017) 242.
[5] S. Saritaş, M. Kundakçi, Ö. Çoban, S. Tüzemen, M. Yildirim, Physica B Condens. Matter.,541 (2018) 14.
[6] Y. Li, D. Deng, N. Chen, X. Xing, X. Xiao, Y. Wang, RSC Adv., 6 (2016) 83870.
[7] A. Dey, Mater. Sci. Eng. B, 229 (2018) 206.
[8] A.A. Aboud, H. Al-Kelesh, W.M.A. El Rouby, A.A. Farghali, A. Hamdedein, M.H. Khedr, J. Mater. Res. Technol., 7(1) (2018) 14.
[9] X. Yang, W. Wang, J. Xiong, L. Chen, Y. Ma, Int. J. Hydrogen Energy., 40(36) (2015) 12604.
[10] S. Choi, M. Bonyani, G.J. Sun, J.K. Lee, S.K. Hyun, C. Lee, Appl. Surf. Sci., 432 (2018) 241.
[11] A. Khayatian, S. Safa, R. Azimirad, M. AlmasiKashi, S.F. Akhtarianfar, Physica E Low Dimens.Syst.Nanostruct., 84 (2016) 71.
[12] Y. Qin, T. Zhang, Z. Cui, Org. Electron., 48 (2017) 254.
[13] M. Ying, J. Hou, W. Xie, Y. Xu, S. Shen, H. Pan, M. Du, Sens. Actuators B Chem., 260 (2018) 125.
[14] J. Yu, K.W. Cheung, W.H. Yan, Y.X. Li, D. Ho, Sens. Actuators B Chem., 238 (2017) 204.
[15] X. Chen, Z. Huang, J. Li, C. Wu, Z. Wang, Y. Cui, Vacuum, 154 (2018) 120.
[16] Y. Zhang, Y. Liu, L. Zhou, D. Liu, F. Liu, F. Liu, X. Liang, X. Yan, Y. Gao, G. Lu, Sens. Actuators B Chem., 273 (2018) 991.
[17] J.Y. Zhou, J.L. Bai, H. Zhao, Z.Y. Yang, X.Y. Gu, B.Y. Huang, C.H. Zhao, L. Cairang, G.Z. Sun, Z.X. Zhang, X.J. Pan, E.Q. Xie, Sens. Actuators B Chem., 265 (2018) 273.
[18] J. Lukac, M. Klementova, P. Bezdicka, S. Bakardjieva, J. Subrt, L. Szatmary, Z. Bastl, J. Jirkovsky, Appl. Catal. B Environ.,74 (2007) 83.
[19] S. Samadi, G. AsadiCordshooli, M. Yousefi, K. Kalateh and S.A. Zakaria, Sensor Rev., 38(4) (2018) 458.
[20] C. Ge, C. Xie, S. Cai, Mater. Sci. Eng. B, 137 (2007) 53.
[21] S. Park, S. Kim, G.J. Sun, C. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces, 7 (2015) 8138.
[22] A. Bejaoui, J. Guerin, K. Aguir, Sens. Actuators B Chem., 181 (2013) 340.
[23] M. Li, W. Ren, R. Wu, M. Zhang, Sensors, 17(7) (2017) 1577.
[24] P. Shankar, J.B.B. Rayappan, Sci.let.J., 4(126) (2015).
[25] Y.J. Chen, G. Xiao, T.S. Wang, F. Zhang, Y. Ma, P. Gao, C.L. Zhu, E. Zhang, Z. Xu, Q.H. Li, Sens. Actuators B Chem., 156 (2011) 867.
[26] N. Barsan, U. Weimer, J. Electroceramics, 7 (2011) 143.
[27] N.D. Khoang, D.D. Trung, N.V. Duy, N.D. Hoa, N.V. Hieu, Sens. Actuators B Chem., 174 (2012) 594.
[28] S. Park, H. Ko, S. Kim, C. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 9595.
[29] C.V. Reddy, I.N. Reddy, J. Shim, D. Kim, K. Yoo, Ceram. Int., 44(11) (2018) 12329.
[30] S. Rajeshwari, J.S. Kumar, R.T. Rajendrakumar, N. Ponpandian, P. Thangadurai, Mater. Res. Express, 5 (2018) 025507.
[31] V. Patil, P. Joshi, M. Chougule, S. Sen, Soft Nanosci.Lett.,2 (2012) 1.
[32] H. Xu, J. Ju, W. Li, J. Zhang, J. Wang, B. Cao, Sens. Actuators B Chem., 228 (2016) 634.