ИСТИНА

Газовые сенсоры имеют большое практическое значение. Полупроводниковые газовые сенсоры обладают преимуществами высокой чувствительности к следовым концентрациям газов, стабильности, дешевизны и простоты эксплуатации. Основная проблема полупроводниковых газовых сенсоров – недостаток селективности определения газов. На данный момент газовая чувствительность многих полупроводниковых сложных оксидов остаётся не изученной. Цель данной работы — определение влияния состава оксида на газовую чувствительность на примере V2O5 и BiVO4 и определение механизма взаимодействия BiVO4 с газами-восстановителями. Задачи, поставленные в работе: синтез образцов состава BiVO4 и V2O5 и характеризация кристаллической структуры, микроструктуры и свойств поверхности; исследование газовой чувствительности, установление механизма взаимодействия с газами-восстановителями с помощью метода in-situ инфракрасной спектроскопии. Методами гидротермального синтеза и соосаждения были получены образцы BiVO4-HT, BiVO4-CP, соответственно, а также V2O5 с размером кристаллитов 15-25 нм и удельной площадью поверхности до 8 м2/г. Согласно результатам рентгенофазового анализа, фазовый состав BiVO4 определяется способом получения: в гидротермальных условиях образуется моноклинная фаза, а методом соосаждения с последующим отжигом получается двухфазный образец с преобладанием тетрагонального BiVO4 и примесью (10 мол.%) моноклинной фазы. V2O5 получен однофазным в альфа-модификации с орторомбической структурой. Согласно сканирующей электронной микроскопии, выраженная анизотропия у частиц отсутствует, наблюдаются частицы размером от 15 до 150 нм. Также частицам свойственна агломерация в агрегаты размером до 10 мкм, которые в случае образца BiVO4-CP имеют форму микросфер. Методом термопрограммируемого восстановления водородом установлено, что образцы BiVO4 активнее восстанавливаются, чем V2O5, а в образце BiVO4-HT наблюдается восстановление V+5 ¬до V+2. Методом термопрограммируемой десорбции аммиака установлено, что кислотность поверхности образца BiVO4-HT ниже, чем у образцов BiVO4-CP и V2O5, кислотность поверхности которых примерно одинакова. На основе образцов были изготовлены газовые сенсоры и проведены измерения газовой чувствительности для различных газов-восстановителей в сухой и во влажной среде. Показано, что сенсоры на основе BiVO4 селективны к H2S при температуре 100-200 oC и имеют высокую чувствительность к H2S и ацетону при температуре 300 oC. Механизм взаимодействия с газами-восстановителями был исследован методом ИК-in-situ спектроскопии. Было установлено, что взаимодействие осуществляется благодаря кислороду решётки, связанному с ванадием, согласно реакции: VO43- + Red → VO4-x3- + Ox (1) Таким образом, сопротивление сенсоров при пропускании газа-восстановителя уменьшается за счет увеличения числа кислородных вакансий в узлах кристаллической решетки согласно уравнению: OOx + R → RO + VO•• + 2e’ (2) Программа конференции: https://lomonosov-msu.ru/rus/event/schedule/1344