Синтез и исследование газочувствительных наноструктур системы Zn–Sn–O
С.С. Налимова1, З.В. Шомахов2, К.Н. Пунегова1, А.А. Рябко1, А.И. Максимов1
1 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
2 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.910
Оригинальная статья
Аннотация: Наностержни оксида цинка синтезированы гидротермальным методом. Проведена обработка полученных образцов в водно-спиртовом растворе станната калия и мочевины при 170°С в течение 30 и 60 минут. В результате получены наноструктуры Zn–Sn–O. Химический состав поверхности образцов ZnO и Zn–Sn–O исследован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Проанализирована их чувствительность к парам изопропилового спирта (1000 мд) при температурах 120°С, 180°С, 250 °С. Показано перераспределение электронной плотности при формировании композитных наноструктур Zn–Sn–O, проявляющееся в химическом сдвиге пиков O1s и Zn2p. Это свидетельствует о перестроении химических связей при замещении атомов цинка оловом. Обнаружено, что чувствительность композитных структур к парам изопропилового спирта значительно превышает чувствительность ZnO во всем исследуемом температурном диапазоне. Улучшение газочувствительных свойств связано с наличием в образцах системы Zn–Sn–O поверхностных центров различного типа, принимающих участие в адсорбции и окислении изопропилового спирта.
Ключевые слова: оксид цинка, станнат цинка, газовые сенсоры, наностержни, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
- Налимова Светлана Сергеевна – к.ф.-м.н., доцент кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
- Шомахов Замир Валериевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры электроники и цифровых информационных технологий, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Пунегова Ксения Николаевна – магистрант кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
- Рябко Андрей Андреевич – младший научный сотрудник кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
- Максимов Александр Иванович – к.ф.-м.н., доцент кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
Ссылка на статью:
Налимова, С.С. Синтез и исследование газочувствительных наноструктур системы Zn–Sn–O / С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.Н. Пунегова, А.А. Рябко, А.И. Максимов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 910-918. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.910.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Anikina, M.A. Synthesis and study of zinc oxide nanorods for semiconductor adsorption gas sensors / M.A. Anikina, A.A. Ryabko, S.S. Nalimova, A.I. Maximov // Journal of Physics: Conference Series. ‒ 2021. ‒ V. 1851. ‒ Art. № 012010. – 5 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1851/1/012010.
2. Dimitrov, D.T. Investigation of the electrical and ethanol-vapour sensing properties of the junctions based on ZnO nanostructured thin film doped with copper / D.T. Dimitrov, N.K. Nikolaev, K.I. Papazova et al. // Applied Surface Science. ‒ 2017. ‒ V. 392. ‒ P. 95-108. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.08.049.
3. Krasteva, L.K. Synthesis and characterization of nanostructured zinc oxide layers for sensor applications / L.K. Krasteva, D.T. Dimitrov D.T., K.I. Papazova et al. // Semiconductors. − 2013. − V. 47. – I. 4. – P. 586-591. DOI: 10.1134/S1063782613040155.
4. Mayedwa, N. Green synthesis of zinc tin oxide (ZnSnO3) nanoparticles using Aspalathus Linearis natural extracts: Structural, morphological, optical and electrochemistry study / N. Mongwaketsi, S. Khamlich, K. Kaviyarasu, N. Matinise, M. Maaza // Applied Surface Science. – 2018. – V. 446. – P. 250-257. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.12.161.
5. Wang, B.S. Synthesis and high formaldehyde sensing properties of quasi two-dimensional mesoporous ZnSnO3 nanomaterials / B.S. Wang, J.B. Yu, X.H. Li, J. Yin, M. Chen // RSC Advances. – 2019. – V. 9. – I. 26. – P. 14809-14816. DOI: 10.1039/C9RA01593K.
6. Yin, Y. Fabrication, characterization and n -propanol sensing properties of perovskite-type ZnSnO3 nanospheres based gas sensor / Y. Yin, Y. Shen, P. Zhou et al. // Applied Surface Science. – 2020. – V. 509. – Art. № 145335. – 10 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.145335.
7. Levkevich, E.A. Synthesis, investigation and gas sensitivity of zinc stannate layers / E.A. Levkevich, A.I. Maksimov, S.A. Kirillova, S.S. Nalimova, V.M. Kondrat'ev // IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 27-30 January 2020, St. Petersburg and Moscow, Russia, ‒ New York: IEEE, 2020. ‒ P. 984-986. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039451.
8. Levkevich, E.A. Study of interaction between H2O molecules and ZTO-ZSH surface / E.A. Levkevich, A.A. Semenova, A.I. Maximov, S.S. Nalimova, S.A. Kirillova, V.A. Moshnikov, M.V. Zhukov // AIP Conference Proceedings. ‒ 2020. ‒ V. 2280. ‒ I. 1. ‒ Art. № 050030. – 5 p. DOI: 10.1063/5.0018936.
9. Wang,X. Preparation of transparent amorphous ZnSnO3 cubic nanoparticles and light-induced homostructures: Application in UV sensor and room-temperature gas sensor / X. Wang, M. Xia, H. Li et al. // Applied Surface Science. ‒ 2019. ‒ V. 493. ‒ P. 862-872. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.07.081.
10. Feng, G. Morphology-controlled synthesis of ZnSnO3 hollow spheres and their n -butanol gas-sensing performance / G. Feng, Y. Che, C. Song et al. // Ceramics International. – 2021. – V. 47. – I. 2. – P. 2471-2482. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.09.090.
11. Guo, W.W. One pot synthesis of hierarchical and porous ZnSnO3 nanocubes and gas sensing properties to formaldehyde / W.W. Guo, B.Y. Zhao, M. Fu, C.J. Wang, R. Peng // Results in Physics. – 2019. – V. 15. – Art. № 102606. – 6 p. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102606.
12. Chen, Q. Enhanced acetone sensor based on Au functionalized In -doped ZnSnO3 nanofibers synthesized by electrospinning method, / Q. Chen, Y.H. Wang, M.X. Wang et al. // Journal of Colloid and Interface Science. – 2019. – V. 543. – P. 285-299. DOI: 10.1016/j.jcis.2019.02.055.
13. Wang, X.Y. Synthesis of 3D flower-like ZnSnO3 and improvement of ethanol-sensing properties at room temperature based on nano-TiO2 decoration and UV radiation / X.Y. Wang, B.N. Ding, Y.P. Liu et al. // Sensors and Actuators B. – 2018. – V. 264. – P. 119-127. DOI: 10.1016/j.snb.2018.02.178.
14. Ryabko, A.A. Two-stage synthesis of structured microsystems based on zinc-oxide nanorods by ultrasonic spray pyrolysis and the low-temperature hydrothermal method / A.A. Ryabko, A.I. Maximov, V.A. Moshnikov et al. // Semiconductors. − 2020. – V. 54. – I. 11. – P. 1496-1502. DOI: 10.1134/S1063782620110238.
15. Nalimova, S.S. Light-activation of gas sensitive layers based on zinc oxide nanowires / S.S. Nalimova, A.A. Ryabko, A.I. Maximov, V.A. Moshnikov // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1697. – Art. № 012128, 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1697/1/012128.
16. Bobkov, A. The multisensor array based on grown-on-chip zinc oxide nanorod network for selective discrimination of alcohol vapors at sub-ppm range / A. Bobkov, V. Moshnikov, A. Varezhnikov et al. // Sensors. – 2019. – V. 19. – I. 19. – Art. № 4265. – 13 p. DOI: 10.3390/s19194265.
17. Шомахов, З.В. Анализ изменения состава поверхности при образовании наноструктур станната цинка /З.В. Шомахов, С.С. Налимова, З.Х. Калажоков, В.А. Мошников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 222-231. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.222.
18. Nalimova, S.S. Current state of studies on synthesis and application of zinc stannate (review) / S.S. Nalimova, A.I. Maksimov, L.B. Matyushkin, V.A. Moshnikov // Glass Physics and Chemistry. ‒ 2019. ‒ V. 45. ‒ I. 4. ‒ P. 251-260. DOI: 10.1134/S1087659619040096.