بررسی حسگری نانوچندسازه‌های SnO/Graphene و SnO/Bamboo charcoal برای سنجش اتانول

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی معدنی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استاد شیمی معدنی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار برق الکترونیک، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در این پژوهش، نانوچندسازه قلع (II) اکسید دوپه‎شده با گرافن (SnO/graphene) به روش آب‌گرمایی تهیه شد. برای شناسایی ویژگی ساختاری نانوچندسازه و بررسی برهم‌کنش نانوذرات از پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی تفکیک انرژی (EDS)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) استفاده شد. سپس، نانوچندسازه SnO/graphene به‌عنوان لایه حساس و فعال در تهیه حسگر گازی به‎کارگرفته شد و برای سنجش گاز اتانول مورداستفاده قرار گرفت. به‎منظور بهینه‎کردن شرایط و عملکرد حسگر، حساسیت و پاسخ نانوچندسازه در دمای کار بررسی و عامل‎های مهمی مانند زمان پاسخ، زمان بازیافت و گزینش‌پذیری تعیین شد. همچنین، در دمای کار، حسگر ساخته شده حساسیتی در حدود 12 برابر را نسبت به غلظت ppm 200 نشان‎داد و زمان پاسخ آن تا حد قابل‎توجهی پایین بود. همچنین، حسگر SnO/graphene گزینش‌پذیری خوبی را نسبت به گاز هدف در مقایسه با سایر گازهای مورد بررسی مانند متانول، فنیل‌اتیل الکل، استون، ان‌هگزان و غیره داشته است. با توجه به ویژگی زغال بامبو و ویژگی‌های سطحی ویژه و ساختار متخلخل، تهیه نانوچندسازه قلع (II) اکسید دوپه‎شده با زغال بامبو (SnO/bamboo charcoal) نیز تهیه شد و عملکرد این حسگر مورد بررسی قرار گرفت. نانوچندسازه SnO/bamboo charcoal نسبت به غلظت کم اتانول در حد ppm 10حساسیت قابل‎توجهی را نشان‎داد که در مقایسه با حسگر SnO/graphene از حساسیت و حد تشخیص بهتری برخوردارست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of SnO/graphene and SnO/Bamboo charcoal nanocomposites sensors for ethanol sensing

نویسندگان [English]

  • roya nayebi 1
  • Abdollah Fallah Shojaei 2
  • Seyed Mohsen Hosseini-Golgoo 3
1 M.Sc. student in Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Professor in Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Assistant Prof. in Department of Electerical Engineering, Faculty of Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

In this Research, tin(II) oxide doped with graphene (SnO /graphene) nanocomposite was synthesized by hydrothermal method. Structural characteristics of the nanocomposites were studied using X-ray Diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to confirm possible interactions which may have formed between the nanocomposites. Then, SnO /graphene nanocomposite was used as a sensitive and active layer for preparing a gas sensor for ethanol gas sensing. To optimize the condition and function of the sensor, the sensitivity and response of the nanocomposite at working temperature were investigated and important parameters such as response time, recovery time, and selectivity were determined. At the working temperature also at operating temperature, the sensor showed a sensitivity of about 12 times the concentration of 200 ppm and its response time was significantly lower. In addition, the SnO /graphene sensor had good selectivity over the target gas compared to other gases such as methanol, phenylethyl alcohol, acetone, n-hexane, etc. Due to the properties of bamboo charcoal and specific surface properties and its porosity structure, tin (II) oxide doped with bamboo charcoal (SnO/Bamboo charcoal) nanocomposite synthesis, this sensor was also studied. SnO/Bamboo charcoal nanocomposite showed a significant sensitivity to the low concentration of ethanol at 10 ppm which is better than the sensitivity and detection limit compared to SnO /graphene sensor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas sensor
  • Tin (II) oxide
  • Graphene
  • Bamboo charcoal
  • ethanol
[1] McAleer, J.F.; Moseley, P.T.; Norris, J.O.; Williams, D.E.; Tofield, B.C.; Physical Chemistry in Condensed Phases 84, 441-457, 1988.
[2] Lee, J.H.; Sensors and Actuators B: Chemical 140, 319-336, 2009.
[3] Seiyama T.; Analytical Chemistry 34, 1502-1503, 1962.
[4] Das, S.;  Jayaraman, V. Progress in Materials Science 66, 112-255, 2014.
[5] Sakaushi, K.; Oaki., Y.; Uchiyama, H.; Hosono, E.; Zhou, H.; Imai, H.; Nanoscale 2, 2424-2430, 2010.
[6] Wang, L.; Ji, H.; Zhu, F.; Chen, Z.; Yang, Y.; Jiang, X.; Yang, G.; Nanoscale 5, 7613-7621, 2013.
[7] Zhang, J.; Han, Y.; Liu, C.; Ren, W.; Li, Y.; Wang, Q; Gao, C.; The Journal of Physical Chemistry C 115, 20710-20715, 2011.
[8] Chu, X.; Zhu, X.; Dong, Y.; Zhang, W.; Bai, L.; Journal of Materials Science & Technology 31, 913-917, 2015.
[9] Llobet, E.; Sensors and Actuators B: Chemical 179, 32-45, 2013.
[10] Zhang, D.; Liu, J.; Chang, H.; Liu, A.; Xia, B.; RSC Advances 5, 18666-18672, 2015.
[11] Chu, X.; Zhu, X.; Dong, Y.; Zhang, W.; Bai, L.; Journal of Materials Science & Technology 31, 913-917, 2015.
[12] Sayago, I.; Gutiérrez, J.; Arés, L.; Robla, J.I.; Horrillo, M.C.; Getino, J.; Agapito, J.A.; Sensors and Actuators B: Chemical 26, 19-23, 1995.‏
[13] Wang, S.Y.; Tsai, M.H.; Lo, S.F.; Tsai, M.J.; Bioresource Technology 99, 7027-7033, 2008.
[14] Campo, C.M.; Rodríguez, J.E.; Ramírez, A.E.; Heliyon 2, 99-112, 2016.
[15] Ibarguen, C.A.; Mosquera, A.; Parra, R.; Castro, M.S.;  Rodríguez-Páez, J.E.; Materials Chemistry and Physics101, 433-440, 2007.
[16] Wang, L.; Chen, L.; Yan, B.; Wang, C.; Zhu, F.; Jiang, X.; Yang, G.; Journal of Materials Chemistry A2, 8334-8341, 2014.
[17] Vijayalakshmi, K.A.; Vignesh, K.; Karthikeyan, N.; Materials Technology 30, A99-A103, 2015.
[18] Liu, S.; Xie, M.; Li, Y.; Guo, X.; Ji, W.; Ding, W.; Au, C.; Sensors and Actuators B: Chemical 151, 229-235, 2010.
[19] Zito, C.A.; Perfecto, T.M.; Volanti, D.P.; Sensors and Actuators B: Chemical 244, 466-474, 2017.
[20] Yan, S.; Wu, Q.; Sensors and Actuators B: Chemical 205, 329-337, 2014.
[21] Li, K.M.; Li, Y.J.; Lu, M.Y.; Kuo, C.I.; Chen, L.J.; Advanced Functional Materials 19, 2453-2456, 2009.