بررسي تغيير حساسيت حسگر CeO2/TiO2 به اتانول در اثر دوپه‌شدن تيتانيا با فلزهاي واسطه

Transition Metal Ion Effect on Ethanol Sensing of CeO2/TiO2 Core-shell at Room Temperature

انو ذره‌هاي هسته/پوسته CeO2/TiO2 به‌عنوان حسگرهاي تركيب‌هاي فرار شناخته‌شده‌اند. ويژگي‌هاي حسگري اين نانو ذره‌ها با تقويت با استفاده از عناصر متفاوت تغيير مي‌كند. در اين پژوهش، پوسته تيتانيايي هسته/پوسته CeO2/TiO2 با نسبت‌هاي مولي متفاوت (Zr(IVو(V(V دوپه شد. وجود عناصر سريم، تيتانيم، زيركونيم و واناديم با EDS تأييد شد. شكل‌گيري نانو ذره‌هاي دي‌اكسيدسريم و تيتانياي تقويت‌شده با FESEM تأييد شد. براي نمايش شكل‌گيري ساختار هسته/پوسته HRTEM مورداستفاده قرار گرفت. ويژگي‌هاي حسگري نانوذره‌هاي هسته/پوسته CeO2/TiO2 ساخته‌شده در حضور متانول، اتانول و 2- پروپانول به‌طور كامل موردبررسي قرار گرفت. در مقايسه با هسته/پوسته خالص CeO2/TiO2، حسگرهاي ساخته‌شده از CeO2/TiO2 تقويت ‌شده با واناديم 2 % در دماي اتاق افزايش قابل‌ توجهي نشان داد. رفتار حساسيت حسگر به‌عنوان تابعي از غلظت تركيب‌هاي آلي فرار (VOCs) خطي، زمان‌هاي پاسخ و بازيابي آن تا حد مناسبي پايين بودند. ساز و كار پاسخ‌ دهي حسگر بر مبناي ناحيه تهي بررسي شد. به‌طور خلاصه، براساس اندازه‌گيري‌هاي كمي و كيفي نتايج نشان مي‌دهند كه CeO2/V2%-TiO2 مناسب‌ترين حسگر براي اتانول است.

Abstract: CeO2/TiO2 core-shell nanoparticles are known as volatile compounds sensors. The sensing properties of these nanoparticles changes by doping with different elements. In this work, the titania shell of the CeO2/TiO2 core-shell nanoparticles was doped by different molar ratios of Zr4+ and V5+. The existences of cerium, titanium, zirconium and vanadium elements were confirmed by energy dispersive spectroscopy (EDS). Formation of ceria and doped titania nanoparticels were approved by field emission scanning electron microscopy (FESEM). High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) used to show the formation of core/shell structure. The sensing properties of prepared CeO2/TiO2 core-shell nanoparticles were thoroughly investigated in the presence of methanol, ethanol and 2-propanol. Compared with pure CeO2/TiO2 core-shell nanoparticle, the 2% vanadium doped CeO2/TiO2 exhibits enhanced ethanol sensing properties at room temperature. The sensitivity as a function of volatile organic compounds (VOCs) concentration was linear with suitably short response and recovery times at room temperature. The mechanism of sensor’s response was described based on the depletion region. In summary, the results show that CeO2/V2%-TiO2 is the most suitable sensor for ethanol, based on the quantitative and qualitative measurement properties.