Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Газочувствительность нанокомпозитов WOx/WS2 при комнатной температуре и ультрафиолетовом облучении

З.В. Шомахов1, С.С. Налимова2, О.Д. Зырянова2, В.М. Кондратьев3,4, З.Х. Калажоков1, К.Д. Буй2, В.А. Мошников2

1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
3 ФГАОУ ВО «Московский физико- технический институт (национальный исследовательский университет)»
4 ФГБУ ВО и Н «Санкт- Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.1060

Оригинальная статья

Аннотация: В настоящее время полупроводниковые газовые сенсоры представляют интерес для различных областей применения, включая промышленность, медицину и экологический мониторинг. Одной из наиболее важных задач в сенсорике является уменьшение рабочей температуры устройств. В данной работе для решения этой задачи предложено использовать наноструктуры WOx/WS2, полученные гидротермальным методом. Исследование морфологии, структуры и состава разработанных наноструктур проводилось с помощью растровой электронной микроскопии, дифракции отраженных электронов и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что наноструктуры образованы 1D и 2D нанообъектами со средней длиной 200 нм и представляют собой нанокомпозиты, состоящие из оксида вольфрама WOx и дисульфида вольфрама WS2. Проведено исследование сенсорных свойств при воздействии на образцы паров изопропанола, этанола и ацетона при комнатной температуре. Продемонстрировано обратимое изменение сопротивления при появлении в атмосфере указанных газов. Дополнительно воздействие ультрафиолетового облучения в процессе измерений приводит к увеличению величины отклика ибыстродействия сенсорных слоев в случае взаимодействия с парами изопропанола и этанола.

Ключевые слова: газовые сенсоры, комнатная температура, наноструктуры, оксид вольфрама, дисульфид вольфрама, нанокомпозиты

  • Шомахов Замир Валериевич – к.ф.-м.н., директор института искусственного интеллекта и цифровых технологий, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
  • 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)»
  • Зырянова Оксана Дмитриевна – студент 4 курса кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
  • Кондратьев Валерий Михайлович – младший научный сотрудник, центр фотоники и двумерных материалов, лаборатория функциональных наноматериалов, ФГАОУ ВО «Московский физико- технический институт (национальный исследовательский университет)», младший научный сотрудник, лаборатория оптики гетерогенных структур и оптических материалов ФГБУ ВО и Н «Санкт- Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова РАН»
  • Калажоков Замир Хамидбиевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики наносистем, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
  • Буй Конг Доан – аспирант 2 курса кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
  • Мошников Вячеслав Алексеевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры микро- и наноэлектроники, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Ссылка на статью:

Шомахов, З.В. Газочувствительность нанокомпозитов WOx/WS2 при комнатной температуре и ультрафиолетовом облучении / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, О.Д. Зырянова, В.М. Кондратьев, З.Х. Калажоков, К.Д. Буй, В.А. Мошников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 1060-1070. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.1060.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Dincer, C. Disposable sensors in diagnostics, food, and environmental monitoring / C. Dincer, R. Bruch, E. Costa-Rama et al. // Advanced Ьaterials. – 2019. – V. 31. – I. 30. – Art. № 1806739. – 28 p. DOI: 10.1002/adma.201806739.
2. Banga, I. Recent advances in gas detection methodologies with a special focus on environmental sensing and health monitoring applications – a critical review / I. Banga, A. Paul, D.C. Poudyal et al. // ACS Sensors. – 2023. – V. 8. – I. 9. – P. 3307-3319. DOI: 10.1021/acssensors.3c00959.
3. Choi, M.S. Selective, sensitive, and stable NO2 gas sensor based on porous ZnO nanosheets / M.S. Choi, M.Y. Kim, A. Mirzaei et al. // Applied Surface Science. – 2021. – V. 568. – Art. № 150910. – 14 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.150910.
4. Li, Y. Formaldehyde detection: SnO2 microspheres for formaldehyde gas sensor with high sensitivity, fast response/recovery and good selectivity / Y. Li, N. Chen, D. Deng et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2017. – V. 238. – P. 264-273. DOI: 10.1016/j.snb.2016.07.051.
5. Zhang, C. Room temperature conductive type metal oxide semiconductor gas sensors for NO2 detection / C. Zhang, Y. Luo, J. Xu, M. Debliquy // Sensors and Actuators A: Physical. – 2019. – V. 289. – P. 118-133. DOI: 10.1016/j.sna.2019.02.027.
6. Singh, A. The recent development of metal oxide heterostructures based gas sensor, their future opportunities and challenges: A review / A. Singh, S. Sikarwar, A. Verma, B. Chandra Yadav // Sensors and Actuators A: Physical. – 2021. – V. 332. – Art. № 113127. – 22 p. DOI: 10.1016/j.sna.2021.113127.
7. Mirzaei, A. Metal oxide semiconductor nanostructure gas sensors with different morphologies / A. Mirzaei, H.R. Ansari, M. Shahbaz et al. // Chemosensors. – 2022. – V. 10. – I. 7. – Art. № 289. – 23 p. DOI: 10.3390/chemosensors10070289.
8. Moon, Y.K. Metal oxide gas sensors with Au nanocluster catalytic overlayer: toward tuning gas selectivity and response using a novel bilayer sensor design / Y.K. Moon, S.-Y. Jeong, Y.C. Kang, J.-H. Lee // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2019. – V. 11. – I. 35. – P. 32169-32177. DOI: 10.1021/acsami.9b11079.
9. Налимова, С.С. Газочувствительные композитные наноструктуры на основе оксида цинка для детектирования паров органических растворителей / С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.В. Герасимова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – C. 678-687. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.678.
10. Налимова, С.С. Газовые сенсоры на основе наноструктур двойных и тройных оксидных систем / С.С. Налимова, В.А. Мошников, З.В. Шомахов, В.М. Кондратьев // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2024. – Т. 27. – Вып. 2. – C. 105-118. DOI: 10.32603/1993-8985-2024-27-2-105-118.
11. Korotcenkov, G. Metal oxide composites in conductometric gas sensors: Achievements and challenges / G. Korotcenkov, B.K. Cho // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2017. – V. 244. – P. 182-210. DOI: 10.1016/j.snb.2016.12.117.
12. Xia, Y. UV-activated WS2/SnO2 2D/0D heterostructures for fast and reversible NO2 gas sensing at room temperature / Y. Xia, L. Xu, S. He et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2022. – V. 364. – Art. № 131903. – 9 p. DOI: 10.1016/j.snb.2022.131903.
13. Zhou, Y. UV assisted ultrasensitive trace NO2 gas sensing based on few-layer MoS2 nanosheet–ZnO nanowire heterojunctions at room temperature / Y. Zhou, C. Gao, Y. Guo // Journal of Materials Chemistry A. – 2018. – V. 6. – I. 22. – P. 10286-10296. DOI: 10.1039/C8TA02679C.
14. Рябко, А. Сенсибилизация наностержней ZnO коллоидными квантовыми точками AgInS2 для адсорбционных газовых сенсоров с фотоактивацией / А. Рябко, С. Налимова, Д. Мазинг и др. // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92. – Вып. 6. – C. 845-851. DOI: 10.21883/JTF.2022.06.52514.15-22.
15. Dong, C. A review on WO3 based gas sensors: Morphology control and enhanced sensing properties / C. Dong, R. Zhao, L. Yao et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – V. 820. – Art. № 153194. – 24 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.153194.
16. Luo, H. Design of p-p heterojunctions based on CuO decorated WS2 nanosheets for sensitive NH3 gas sensing at room temperature / H. Luo, J. Shi, C. Liu et al. // Nanotechnology. – 2021. – V. 32. – № 44. – Art. № 445502. – 12 p. DOI: 10.1088/1361-6528/ac1800.
17. Kumar, R.R. Ultrasensitive and light-activated NO2 gas sensor based on networked MoS2/ZnO nanohybrid with adsorption/desorption kinetics study / R.R. Kumar, T. Murugesan, A. Dash et al. // Applied Surface Science. – 2021. – V. 536. – Art. № 147933. – 10 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147933.
18. Doan, B.C. Transition metal dichalcogenide hierarchical nanomaterials for chemiresistive-type gas sensors / B.C. Doan, S.S. Nalimova, N.A. Morozova, O.D. Zyryanova // 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon), 29-31 January 2024, Saint Petersburg, Russian Federation. – Saint Petersburg: IEEE Publ., 2024. – P. 536-539. DOI: 10.1109/ElCon61730.2024.10468493.
19. Kim, J.-H. Synergistic effects of SnO2 and Au nanoparticles decorated on WS2 nanosheets for flexible, room-temperature CO gas sensing / J.-H. Kim, J.-Y. Kim, A. Mirzaei et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2021. – V. 332. – Art. № 129493. – 12 p. DOI: 10.1016/j.snb.2021.129493.
20. Sun, L. A heterostructured WS2/WSe2 catalyst by heterojunction engineering towards boosting hydrogen evolution reaction / L. Sun, H. Xu, Z. Cheng et al. // Chemical Engineering Journal. – 2022. – V. 443. – Art. № 136348. – 7 p. DOI: 10.1016/j.cej.2022.136348.
21. Yan, M. WO3-x sensitized TiO2 spheres with full-spectrum-driven photocatalytic activities from UV to near infrared / M. Yan, G. Li, C. Guo et al. // Nanoscale. – 2016. – V. 8. – I. 41. – P. 17828-17835. DOI: 10.1039/c6nr06767k.
22. Schutte, W.J. Crystal structures of tungsten disulfide and diselenide / W.J. Schutte, J.L. De Boer, F. Jellinek // Journal of Solid State Chemistry. – 1987. – V. 70. – I. 2. – P. 207-209. DOI: 10.1016/0022-4596(87)90057-0.
23. Gutiérrez, H.R. Extraordinary room-temperature photoluminescence in triangular WS2 monolayers / H.R. Gutiérrez, N. Perea-López, A.L. Elías et al. // Nano Letters. – 2013. – V. 13. – I. 8. – P. 3447-3454. DOI: 10.1021/nl3026357.
24. Рябко, А. Газочувствительность наноструктурированных покрытий на основе наностержней оксида цинка при комбинированной активации / А. Рябко, А. Бобков, С. Налимова и др. // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92. – Вып. 5. – C. 758-764. DOI: 10.21883/JTF.2022.05.52382.314-21.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒