Zeer gevoelige en selectieve detectie van H2S-gas met behulp van precipitatie en door impregnatie gemaakte CuO/SnO2 dikke films

Resultaten en discussie

Structurele kenmerken van deeltjes en waarnemingsfilm

XRD-patronen van CuO, SnO₂ , en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ NP's worden weergegeven in Fig. 2. De scherpe diffractiepieken geven de kristallijne karakteristiek van alle NP's aan. De diffractiepatronen van SnO₂ en CuO komen overeen met tetragonale en monokliene structuren volgens respectievelijk JCPDS-bestanden nr. 41-1445 en 45-0937. De SnO₂ poeder vertoont drie hoofdpieken, terwijl het CuO-poeder twee verschillende hoofdpieken vertoont. De spectra voor de 5-25 gew.% CuO/SnO₂ NP's tonen de secundaire CuO-pieken van (002) en (111) vlakken samen met de belangrijkste SnO₂ pieken van (111), (101) en (211) vlakken, die het naast elkaar bestaan ​​van CuO en SnO₂ aantonen fasen. De gemiddelde kristallietgroottes (d ) van CuO/SnO₂ NP's werden bepaald met behulp van de vergelijking van Scherrer (d = Kλ /(β cosθ ) waar K is de geometrische factor van 0,89 voor bolvormige deeltjes, λ is de röntgengolflengte en β is de volledige breedte op het halve maximum van een XRD-piek onder de hoek, θ . De gemiddelde kristallietdiameter van onbeladen SnO₂ wordt geschat op 10 nm, terwijl dat van 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's zijn relatief klein bij 7 nm. Het resultaat geeft de remming van de korrelgroei aan als gevolg van CuO-lading op SnO₂ NP's. De chemische samenstelling en oxidatietoestanden van CuO- en SnO-nanodeeltjes zullen verder worden geëvalueerd door EDX- en XPS-analyses.

XRD-patroon van CuO, SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ NP's

INZET-specifieke oppervlakten (SSA_BET ) en deeltjesdiameters (d _BET ) van SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ NP's worden getoond in Fig. 3. SSA_BET van CuO/SnO₂ NP's nemen aanzienlijk toe van 39,9 naar 44,21 m ² /g, terwijl de d _BET vermindert dienovereenkomstig van 22,04 tot 19,53 nm naarmate het CuO-gehalte stijgt van 0 tot 20 gew.%. Naarmate het Cu-gehalte verder toeneemt tot 25 gew.%, wordt SSA_BET neemt licht af tot 44,01 m ² /g en d _BET neemt toe tot 19,62 nm. De resultaten komen overeen met de XRD-analyse van de kristallietgrootte. De invloed van CuO-laadniveau op SSA_BET kan worden toegeschreven aan de opname van kleinere CuO NP's geproduceerd door impregnatie. De CuO NP's kunnen fungeren als afscheiders om zelfcoagulatie tussen SnO₂ te remmen NP's, wat resulteert in een aanzienlijke toename van het effectieve oppervlak.

INZET-specifieke oppervlakte (SSA_BET ) en deeltjesdiameter (d _BET ) van SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ NP's

Figuur 4 toont typische oppervlaktemorfologieën van coprecipitatie/impregnatie gesynthetiseerd SnO₂ en 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's. De BF-TEM-beelden laten zien dat de meeste SnO₂ deeltjes vertonen bolvormige vormen met verschillende diameters variërend van 5 tot 20 nm. Na CuO-lading, de diameters van SnO₂ NP's zijn meestal kleiner, maar de secundaire fase van CuO kan niet duidelijk worden geïdentificeerd (Fig. 4d-f). De gerelateerde SAED-patronen vertonen gestippelde ringkenmerken van polykristallijn tetragonaal SnO₂ structuren met hoofddiffractieringen die overeenkomen met (110), (101), (200), (211) en (112) vlakken van SnO₂ evenals (002) vlak van CuO in overeenstemming met de XRD-analyse. De ringen die verband houden met CuO waren vrij obscuur vanwege waarschijnlijk een zwak diffractiesignaal van de zeer kleine CuO secundaire fase. Dienovereenkomstig tonen de HR-TEM-afbeeldingen roosterranden op nanodeeltjes die voornamelijk worden geassocieerd met de vlakken van SnO₂ Kristallen. De secundaire CuO-fasestructuren kunnen niet worden waargenomen in het HR-TEM-beeld vanwege hun zeer kleine afmetingen buiten de resolutie van het TEM-instrument.

BF-TEM- en HR-TEM-beelden met bijbehorende SAED-patronen van a –c SnO₂ NP's en d –f 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's

Scanning-transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) en EDS-mapping-analyse met hoge resolutie werden gebruikt om de distributies van CuO in 20 gew.% CuO/SnO₂ te onderzoeken NP's zoals weergegeven in Fig. 5. Het STEM-beeld illustreert een cluster van ruwweg ronde nanodeeltjes met diameters in het bereik van 5-15 nm in overeenstemming met de TEM-afbeeldingen, maar met een relatief lage beeldresolutie als gevolg van scanafwijking. De overeenkomstige EDS-kaarten van Sn-, O- en Cu-elementen tonen de gedetailleerde verspreiding van deze soorten op verschillende SnO₂ nanodeeltjes in het geselecteerde gebied. Blijkbaar zijn Cu-soorten wijd verspreid op deeltjes met een vergelijkbare dichtheid als Sn- en O-soorten. De resultaten suggereren dat de CuO secundaire nanodeeltjes aanwezig zijn en nauw verdeeld zijn op SnO₂ oppervlakken die verdeeld CuO–SnO₂ . vormen kruispunten binnen de CuO/SnO₂ composiet. De deeltjes en gerelateerde knooppunten zijn echter erg klein op moleculaire schaal, zodat ze niet precies kunnen worden onderscheiden door de TEM/STEM-karakteriseringen.

Scanning-TEM (STEM)-afbeelding en bijbehorende elementaire EDS-kaarten van 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's

Afbeelding 6 illustreert de transversale morfologieën en chemische samenstellingen van SnO₂ en 20 gew.% CuO/SnO₂ films. Beide lagen zijn ongeveer 20 m dik en omvatten op dezelfde manier geagglomereerde deeltjes op vaste gestructureerde substraten. De elementaire composities van SnO_2, en 20 gew.% CuO/SnO₂ staan ​​vermeld in de inzettabellen van Fig. 5b, d. Het onthult dat de atomaire inhoud van Sn en O van SnO₂ NP's zijn lager dan de verwachte waarden (33:67) van stoichiometrische SnO₂ . Bij 20 gew.% CuO-lading verschijnt een Cu-piek met een hoog Cu-gehalte van  ~-15,6 gew.% of 7,04 at%, wat nog steeds kleiner is dan dat van Sn. Bovendien blijkt het Cu-gehalte van vijf verschillende gebieden te variëren van 14 tot 18 gew.%, wat wijst op enige variatie in chemische samenstelling binnen de film. Daarom heeft CuO-belading door impregnatie geen duidelijke invloed op de deeltjesmorfologieën, maar verandert de elementaire samenstelling aanzienlijk.

Transversale FE-SEM-beelden met EDS-lijnscanprofielen (inzet) en bijbehorende EDS-spectra met elementaire compositietabellen (inzet) van de a , b SnO_2, en c , d 20 gew% CuO/SnO₂ NP's die films waarnemen

Afbeelding 7 toont de oxidatietoestanden van elementen in SnO₂ en 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's. Het XPS-onderzoeksspectrum van SnO₂ onthult de aanwezigheid van C, O en Sn, terwijl die van 20 gew.% CuO/SnO₂ toont het bestaan ​​van C, O, Sn en Cu aan. De resultaten bevestigen de vorming van CuO/SnO₂ composieten met typische organische/koolstofverontreinigingen op oppervlakken. Voor het Sn-element is de Sn3d_5/2 en Sn3d_3/2 doubletpieken van SnO₂ en 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's worden op dezelfde manier waargenomen bij de bindingsenergieën van respectievelijk 486,8-487,1 eV en 495,2-495,5 eV. De pieklocaties kunnen worden toegewezen aan de Sn ⁴⁺ oxidatietoestand van SnO₂ [29]. In het geval van 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's, de Cu2p-kernniveaus omvatten Cu2p ^3/2 en Cu2p ^1/2 pieken gecentreerd op 933,5 eV en 953,4 eV samen met de satellietpieken op ~ 942.9 en ~ 964.2 eV, overeenkomend met de Cu ²⁺ oxidatietoestand van CuO [30]. De waargenomen oxidatietoestanden bevestigen het naast elkaar bestaan ​​van CuO en SnO₂ structuren.

een Onderzoek en hoge resolutie XPS-spectra van de b Sn3d en c Cu 2p kernniveaus van SnO₂ en 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's

Gasdetectiekenmerken

Afbeelding 8a toont de veranderingen in weerstand van CuO, SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ films onderworpen aan H₂ S pulseert met variërende concentraties van 0,15 tot 10 ppm bij een werktemperatuur van 200 °C. De weerstand in lucht van SnO₂ film neemt toe met meer dan twee ordes van grootte na het laden van CuO met 5-25 gew.% inhoud. Bovendien wordt waargenomen dat de basislijnweerstanden van verschillende CuO/SnO₂ sensoren zijn niet erg verschillend en nemen slechts licht toe met toenemende CuO-belasting. Om te bepalen of de weerstand is veranderd vanwege de filmgeometrie of materiaalgerelateerde eigenschappen, werd de filmweerstand bovendien gemeten met de bekende vier-sondemethode met behulp van 4-stripe Au/Cr-elektroden met een interelektrode-afstand van 100 m en een bias stroom van 0,1 A. De gemeten gemiddelde weerstandswaarden van CuO, SnO₂ , en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ films in lucht bij 350 °C zijn ~ 8.1 × 10 ³ , 2.1 × 10 ⁴ en 7,4 × 10 ⁷ − 1.8 × 10 ⁸ Ω cm, respectievelijk. De resultaten bevestigen significante verschillen in soortelijke weerstand tussen de drie sets materialen en de overeenkomsten in soortelijke weerstand tussen 5-25 gew.% CuO/SnO₂ films. Dit gedrag kan worden verklaard op basis van twee effecten, waaronder het breken van de percolatie van geaggregeerd SnO₂ nanodeeltjes door CuO secundaire nanodeeltjes en de vorming van CuO/SnO₂ (p-n) heterojuncties. De TEM/HR-TEM/STEM-gegevens suggereren dat secundaire CuO-nanodeeltjes kunnen worden gevormd rond de SnO₂ nanodeeltjes, waardoor de percolatie van geagglomereerd SnO₂ . wordt verbroken deeltjes en dwingt de meeste geleidingspaden over de CuO-nanodeeltjes te lopen. Bovendien is de vorming van CuO/SnO₂ heterojuncties kunnen dragerdepletiegebieden induceren in secundaire CuO-nanodeeltjes vanwege het verschil in werkfunctie, waardoor geleidingspaden met hoge weerstand ontstaan. Dus een toevoeging van CuO aan SnO₂ deeltjes op het niveau boven de minimumwaarde die nodig is om de percolatie van SnO₂ . te breken deeltjes zullen een grote toename van de weerstand veroorzaken, aangezien volledig uitgeputte CuO-deeltjes de elektrische geleiding blokkeren. Het laagste Cu-gehalte in deze studie van 5% is behoorlijk substantieel en zal dus waarschijnlijk de percolatiebrekende drempel overschrijden. Verdere toevoeging van CuO zal de weerstand slechts licht verhogen, aangezien de elektrische geleiding via volledig verarmd CuO al bijna minimaal is. Andere effecten, waaronder deeltjes-/korrelgroottes, filmdikte, elektrodescheiding en elektrodecontact, kunnen worden verwaarloosd omdat ze niet sterk veranderen volgens de structurele karakteriseringsresultaten. Bij blootstelling aan H₂ S, de sensorweerstanden nemen snel af voordat ze terugkeren naar de basisniveaus na de hervatting van droge lucht, wat een typische n-type detectiekarakteristiek bevestigt. Interessant is dat de basislijnweerstand van de CuO-sensor aanzienlijk naar beneden drijft na verschillende H₂ S pulsen in tegenstelling tot de SnO₂ sensor die een onbeduidende basislijnafwijking vertoont. In het geval van CuO/SnO₂ sensoren, heeft de basislijndrift de neiging toe te nemen met toenemend Cu-gehalte. Dit gedrag kan verband houden met de langzame en onvolledige CuO-CuS-transformatieve reacties die verder worden besproken in Sect. 3.3.

een Dynamische respons van CuO, SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ gassensoren onderworpen aan 0,15 tot 10 ppm H₂ S pulseert bij 200 °C en b corresponderende sensorrespons vs. H₂ S-concentratie

De corresponderende sensorrespons uitgezet tegen H₂ S-concentratie bij 200 ° C wordt getoond in Fig. 8b. Alle sensorreacties nemen monotoon toe met toenemende H₂ S-concentratie. De responskarakteristieken van alle sensoren voldoen goed aan de machtswet volgens de vergelijkingen zoals weergegeven samen met de inzetlabels in Fig. 8b. De machtswet-exponent van CuO ligt dicht bij 1, terwijl die van SnO₂ sensoren is ongeveer 1,5 en die van CuO-geladen SnO₂ sensoren zijn groter dan 2, wat duidt op verschillen in H₂ S reactiemechanismen op de oppervlakken van deze materialen [31]. Bovendien neemt de sensorrespons sterk toe naarmate het CuO-gehalte toeneemt van 0 tot 20 gew.% voordat het licht afneemt bij een hoger CuO-gehalte van 25 gew.% en het 20 gew.% CuO/SnO₂ sensor biedt de hoogste respons van 1,36 × 10 ⁵ tot 10 ppm H₂ S bij 200 °C. Bovendien vertoont het fatsoenlijke reacties van  ~ 2, 5, 20 en 230 bij de lagere H₂ S-concentraties van respectievelijk 0,15, 0,3, 0,5 en 1 ppm. De uitstekende prestaties van 20 gew.% CuO/SnO₂ sensor kan worden toegeschreven aan de toename van het specifieke oppervlak als gevolg van CuO-belasting en de vorming van CuO/SnO₂ heterojuncties worden in de volgende sectie verder besproken.

Afbeelding 9 geeft de grafiek weer van de respons versus de werktemperatuur van onbelaste en CuO-geladen SnO₂ sensoren op een H₂ S-concentratie van 10 ppm. De H₂ S-reacties van CuO/SnO₂ NPs-sensoren nemen aanzienlijk toe bij toenemende temperatuur van 150 tot 200 °C en nemen vervolgens snel af wanneer de temperatuur verder stijgt. Daarom is 200 °C de optimale werktemperatuur van de met CuO geladen SnO₂ sensoren. Met name de optimale 20 gew.% CuO/SnO₂ sensor geeft de hoogste respons van 1,36 × 10 ⁵ , wat veel hoger is dan die van andere sensoren bij 200 °C. De optimale werktemperatuur van 200 °C komt overeen met de temperatuur die de H₂ . maximaliseert S-adsorptiesnelheid ten opzichte van de desorptiesnelheid van CuO/SnO₂ oppervlakken. Verder 5-25 gew.% CuO/SnO₂ sensoren geven een lagere optimale werktemperatuur weer dan die van SnO₂ sensor (250 °C). De relatief lage optimale werktemperatuur zal vervolgens worden verklaard door CuO-belastingseffecten.

Effect van werktemperatuur op reactie op 10 ppm H₂ S van CuO, SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ sensoren

Afbeelding 10 geeft een samenvatting van de H₂ S-selectiviteit van 0-25 gew.% CuO/SnO₂ sensoren tegen SO₂ , H₂ , CH₄ en C₂ H₂ . Dit type sensor vertoont de hoogste H₂ S selectiviteit, d.w.z. meer dan drie ordes van grootte hoger H₂ S-respons dan die van andere gassen. De gegevens bewijzen dat CuO de katalysator is die selectief de reactie met H₂ . versnelt S. Het selectiviteitsgedrag kan ook worden toegeschreven aan de toename van actieve sites voor H₂ S-adsorptie door het hoogste specifieke oppervlak van 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's. De verbeteringen voor andere geteste gassen zijn niet significant, waarschijnlijk vanwege de relatief zwakke interacties tussen gasmoleculen en 20 gew.% CuO/SnO₂ NP's. De behaalde H₂ S-reacties van 20 gew.% CuO/SnO₂ sensoren zijn aanzienlijk beter dan die van veel andere met metaal beladen SnO₂ en CuO-geladen SnO₂ sensoren gemaakt met verschillende technieken zoals vermeld in tabel 1. De bereikte optimale werktemperatuur van 200 °C is echter hoger dan de waarden van sommige rapporten bij 100-150 °C. De lagere werktemperatuur heeft in het algemeen de voorkeur in praktische toepassingen. Niettemin is de 20 gew.% CuO/SnO₂ sensor kan werken bij een lagere werktemperatuur van 150 °C, waarbij de sensor nog steeds een hoge respons vertoont van 3,1 × 10 ⁴ tot 10 ppm H₂ S (Fig. 9), die ook hoger is dan de responswaarden van andere sensoren die worden vermeld in Tabel 1. Daarom is de met CuO geladen SnO₂ sensor is een veelbelovende kandidaat voor H₂ Sensing vanwege de hoge H₂ S-reactie, hoge H₂ S selectiviteit en lage werktemperatuur.

Reacties van CuO, SnO₂ en 5-25 gew.% CuO/SnO₂ sensoren richting H₂ S (10 ppm), SO₂ (200 ppm), CH₄ (1000 ppm), H₂ (1000 ppm) en C₂ H₂ (1000 ppm) bij 200 °C

Ten slotte de stabiliteit, herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van CuO/SnO₂ sensoren werden geëvalueerd van vier monsters die in dezelfde batch waren geproduceerd. Alle sensoren vertoonden een goede stabiliteit met minder dan 15% drift in sensorrespons gedurende 1 maand onder dezelfde bedrijfsomstandigheden. Bovendien vertoonde elke sensor een goede herhaalbaarheid met minder dan 12% responsvariatie van 8 herhaalde metingen. Bovendien bleken vier sensoren uit dezelfde batch een redelijke responsvariatie van minder dan 26% te hebben, geëvalueerd onder dezelfde testomstandigheden.

Gasdetectiemechanismen

De karakteriseringsresultaten suggereren de vorming van CuO/SnO₂ composiet bestaande uit zeer kleine CuO-soorten op SnO₂ nanodeeltjes. Dus de mechanismen voor elektrische respons van CuO/SnO₂ films voelen richting H₂ S kan worden beschreven op basis van de samengestelde junctietheorie van pn-overgangen bij de contacten tussen p-type CuO en n-type SnO₂ zoals weergegeven in Afb. 11. Voor ongedoteerde SnO₂ , chemisch geabsorbeerde zuurstofsoorten (O ⁻ ) worden gevormd, wat resulteert in de vorming van uitputtingsgebieden op het oppervlak bij een matige temperatuur. Bij blootstelling aan H₂ S, H₂ S-moleculen interageren met geadsorbeerde zuurstofspecies op SnO₂ oppervlak (H₂ S + 3O ⁻ → H₂ O + SO₂ + e ⁻ ), elektronen vrijgeven aan SnO₂ geleidingsband en het verminderen van de sensorweerstand. Bij een lage werktemperatuur van 200 °C is de concentratie van zuurstofspecies erg laag, wat leidt tot een lage reactiesnelheid en een lage H₂ S-reactie. Met CuO-lading zullen extra uitputtingsgebieden worden gevormd op verschillende pn-overgangen rond het oppervlak van SnO₂ nanodeeltjes. Bovendien, dragers in secundaire CuO-nanodeeltjes, die de percolatie van geaggregeerd SnO₂ kunnen breken nanodeeltjes, kunnen volledig worden uitgeput, wat resulteert in een hoge elektrische weerstand in de lucht. In ambient met H₂ S kunnen de gasmoleculen bovendien reageren met de katalytische CuO NP's, wat leidt tot de vorming van kopersulfide (CuS) via de reactie (Vgl. 1) [26]:

Energiebanddiagrammen van CuO/SnO₂ heterojuncties a voor en b na blootstelling aan H₂ S (E _f = Fermi-energieniveau, E _C = geleidingsband en E _V = valentieband)

CuS is more conductive than CuO, leading to lower potential barriers at depletion regions around the interfaces. The induction of metallic CuS is equivalent to the injection of free electrons into the p-type material (CuO), making it less p-type. This encourages the electron transfer from CuS to SnO₂ , resulting in additional decrease of depletion width and increase of the electrical conductance of SnO₂ . The decrease of resistance due to the formation of CuS is much larger than the reduction due to the reducing reaction with oxygen species due to transfer of more electrons from CuS. At low CuO contents, there are relatively few and small CuO nanoparticles that are fully transformed into CuS surrounding SnO₂ deeltjes. It will provide a limited amount of electrons to SnO₂ due to relatively few heterojunctions, resulting in small reduction of depletion region widths in SnO₂ and small resistance drop upon H₂ S exposure. As the CuO content increases, the numbers of transformed CuS nanoparticles and heterojunctions increase, leading to an increased number of conduction paths through CuS as well as much reduced SnO₂ depletion region widths and thus a higher resistance drop that can be achieved after H₂ S exposure. However, CuO particles may coalesce into large ones and the number of CuO/SnO₂ heterojunctions becomes lower at very high CuO content (> 20 wt%). The large CuO particles will not be fully transformed to CuS due to limited reaction depth with H₂ S and the depletion regions in CuO cores remain, limiting the conduction through CuO and reducing attainable resistance drop. In the case of CuO, the response is low despite the formation of CuS because the resistance of CuO is already low and is not much higher than that of CuS [20]. After H₂ S in atmosphere extinguishes, the electrical resistance returns to its original values as CuS can be reoxidized to CuO in air at an elevated temperature according to the reaction (Eq. 2) [26]:

$${\text{CuS}} + {\text{O}}_{2} \to {\text{CuO}} + {\text{SO}}_{2}$$ (2)

The oxidation of CuS is slow at a low working temperature. As the increase of working temperature, the oxidation rate increases and lead to the increase of recovery rate. Since the CuS–CuO transformative reaction (Eq. (2)) is slower than the CuO–CuS one (Eq. (1)) at this working temperature, residual CuS materials can remain after subjecting CuO to several H₂ S pulses. This results in a substantial downward baseline drift of CuO sensor and the increase of baseline drift with increasing Cu content of CuO/SnO₂ sensors as previously observed in Fig. 8a. However, there is an exception in the case of 5 wt% CuO/SnO₂ sensor, which exhibits a small upward drift of baseline resistance after the first pulse. It may occur because the sensor did not fully reach the steady state before applying the first pulse leading to some upward recovery owing to oxidation in air while the drift due to CuS–CuO transformation at this low Cu content is relatively small due to a low residual CuS content. At higher Cu contents, the downward drifts due to residual CuS are large and overwhelm the small upward recovery. The baseline drift considerably reduces the validity, repeatability and stability of sensor response of CuO/SnO₂ as the response to a subsequent H₂ S pulse is affected by the residual CuS concentration after the previous H₂ S exposure leading to negative deviations from the ideal response behavior. Thus, the calculated responses of the CuO/SnO₂ sensors especially with high Cu contents in Fig. 8b are lower the theoretical values under no residual CuS condition. The problems can be reduced by increasing the working temperature. Thus, the sensors may operate above the optimal working temperature at 250 °C when the drift is low, and response is still high. CuS structure can be formed at 103 °C and will be transformed into Cu₂ S, a less conductive ionic conductor, at the temperature above 220 °C [26]. Consequently, the sensor response of CuO/SnO₂ NPs decreases when the temperature rises above 200 °C. The observed high H₂ S selectivity against SO₂ , H₂ , CH₄ en C₂ H₂ can also be explained in relation to the working temperature. At the optimal working temperature of 200 °C, the rate of CuO–CuS transformation is high, while the reducing reaction rates of SO₂ , H₂ , CH₄ en C₂ H₂ are very low because these reactions require the chemisorbed oxygen species whose density is still very low at this working temperature.

Conclusies

0–25 wt% CuO/SnO₂ NPs were fabricated using the precipitation and impregnation method. XRD, BET, TEM, SEM, EDS and XPS data suggested the loading of very small CuO nanoparticles on larger SnO₂ NP's. The gas-sensing results demonstrated that CuO loading greatly enhanced the H₂ S response of SnO₂ NPs with an optimal Cu content of 20 wt%. The 20 wt%CuO/SnO₂ sensor can perceive low-ppm H₂ S concentrations with ultra-high responses (1.4 × 10 ⁵ at 10 ppm), short response times (35 s), fair recovery times (a few minutes), very high H₂ S selectivity against SO₂ , CH₄ , H₂ en C₂ H₂ and good stability. They could also offer a wide detection range (0.15–10 ppm) when compared with the unloaded one (3–10 ppm). Therefore, the CuO/SnO₂ sensors synthesized by precipitation and impregnation could be a promising candidate for H₂ S detection in environmental applications.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

The datasets supporting the conclusions of this article are included in the article.

Afkortingen

NP's:

Nanodeeltjes

XRD:

Röntgendiffractie

HR-TEM:

Transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie

FE-SEM:

Veldemissie scanning elektronenmicroscopie

EDX:

Energie-dispersieve röntgenspectroscopie

AFM:

Atoomkrachtmicroscopie

BET:

Brunauer–Emmett–Teller

SSA_BET :

Specific surface area

XPS:

Röntgenfoto-elektronenspectroscopie