Gas-Sensitive Composite Nanostructures Based on Zinc Oxide for Detecting Organic Solvent Vapors

Abstract

В работе показаны возможности применения композитных структур ZnO-Fe в качестве газочувствительных слоев для детектирования паров органических растворителей на примере изопропилового спирта. Композитные структуры получены на основе наностержней оксида цинка, синтезированных гидротермальным методом, за счет изменения их состава при выдержке в растворе сульфата железа. Исследование химического состава поверхности проводили с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что при использовании раствора сульфата железа с концентрацией 0,025 моль/л на поверхности наблюдаются атомы железа и цинка. Повышение концентрации раствора до 0,05 моль/л приводит к осаждению частиц оксида железа на поверхность слоя наностержней. Исследование газочувствительных характеристик проводили при температуре 250°С при воздействии паров изопропилового спирта в диапазоне концентраций от 200 до 1000 млн. Установлено, что величина отклика композитных структур ZnO-Fe (0,025) превышает соответствующее значение для наностержней оксида цинка, что может быть обусловлено большим содержанием кислородных вакансий в композитном образце. The paper shows the possibilities of using ZnO-Fe composite structures as gas-sensitive layers for detecting organic solvent vapors exemplifying on isopropyl alcohol. Composite structures were formed based on zinc oxide nanorods synthesized by the hydrothermal method, due to changes in their composition in a ferrous sulfate solution. The chemical composition of the surface was studied using X-ray photoelectron spectroscopy. It is shown that when using a ferrous sulfate solution with a concentration of 0,025 mol/l, iron and zinc atoms are observed on the surface. An increase in the concentration of the solution to 0,05 mol/l leads to the deposition of iron oxide particles on the surface of the nanorods. The study of some gas-sensitive characteristics was carried out at 250°C when exposed to isopropyl alcohol vapors in the concentration range from 200 to 1000 ppm. It was found that the response value of composite structures ZnO-Fe (0,025) exceeds the corresponding value for the zinc oxide nanorods, that may be due to the high content of oxygen vacancies in the composite sample.