Heteroestruturas a-Fe2O3/g-C3N4: Preparação, Caracterização e Aplicação como Sensores Resistivos de Gás

• Processo: 18/18208-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de outubro de 2019
• Vigência (Término): 27 de setembro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Elson Longo da Silva
• Beneficiário: Ariadne Cristina Catto
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/12684-8 - Processamento do compósito grafeno/Fe2O3:caracterização e desenvolvimento de sensores de gás de alto desempenho, BE.EP.PD
• Assunto(s): Sensores de gases
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: a-Fe2O3 | g-C3N4 | Heterojunções | Sensores de gás | Síntese e caracterizações de materiais cerâmicos

Resumo

Nos últimos anos, na tentativa de controlar a presença de gases tóxicos ou nocivos na atmosfera de zonas urbanas, surgiu a necessidade de construção de sensores eletrônicos sensíveis e estáveis, os quais sejam adequados para a detecção de pequenas quantidades de diversas espécies gasosas tóxicas. Entre os materiais com potencial para atuar como sensores de gás, destacam-se o óxido de ferro (a-Fe2O3) e o nitreto de carbono grafítico (g-C3N4). No entanto, as altas temperaturas de operação (150 a 500 oC ) destes materiais sensores restringem suas aplicações. Recentemente, pesquisas têm demonstrado que a formação de junção entre dois semicondutores distintos contribui significativamente na formação de sítios ativos, favorecendo propriedades sensoras dos materiais. Adicionalmente, a formação da heterojunção também tem se mostrado benéfica na redução da temperatura de funcionamento do material sensor. Neste trabalho, serão preparadas nanoestruturas de a-Fe2O3, e g-C3N4, e suas respectivas heteroestruturas de a-Fe2O3/g-C3N4, as quais serão estudadas como sensores resistivos de gás. As heteroestruturas serão formadas pelo método sonoquímico a partir dos compostos pré formados de a-Fe2O3, e g-C3N4 que serão preparados via rota Sol-gel não-aquosa e por polimerização térmica, permitindo assim a obtenção controlada e reprodutível das nanoestruturas puras. As amostras serão avaliadas quanto ao seu desempenho como sensores de gás por meio da realização de medidas DC (corrente continua), sendo expostas a gases redutores e oxidantes (e.g. O3, NO2, e NH3), buscando desenvolver um sensor que possa atuar a uma temperatura mais próxima da temperatura ambiente com baixo consumo de energia. Com o intuito de compreender os mecanismos envolvidos no processo de detecção de gás pelas heteroestruturas, será desenvolvido concomitantemente um estudo "in-situ e operando" utilizando a técnica de espectroscopia de impedância AC (corrente alternada). Esta investigação contribuirá para compreender o papel das regiões do dispositivo (bulk e interfaces) envolvidas no funcionamento dos sensores.

Publicações científicas

(5)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CATTO, ARIADNE C.; FERRER, MATEUS M.; LOPES, OSMANDO F.; MASTELARO, VALMOR R.; ANDRES, JUAN; DA SILVA, LUIS F.; LONGO, ELSON; AVANSI JR, WALDIR. The role of counter-ions in crystal morphology, surface structure and photocatalytic activity of ZnO crystals grown onto a substrate. Applied Surface Science, v. 529, NOV 1 2020. (18/18208-0, 17/12437-5, 13/13888-0, 13/07296-2, 12/15170-6)

MIRABELLA, D. A.; DESIMONE, P. M.; PONCE, M. A.; ALDAO, C. M.; DA SILVA, L. F.; CATTO, A. C.; LONGO, E.. Effects of donor density on power-law response in tin dioxide gas sensors. SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL, v. 329, FEB 15 2021. (18/18208-0, 13/07296-2, 17/12437-5)

CATTO, ARIADNE C.; OLIVEIRA, MARISA C.; RIBEIRO, RENAN A. P.; AVANSI JR, WALDIR; DA SILVA, LUIS F.; LONGO, ELSON. Hematite rhombuses for chemiresitive ozone sensors: Experimental and theoretical approaches. Applied Surface Science, v. 563, OCT 15 2021. (13/07296-2, 17/12437-5, 18/18208-0, 21/01651-1)

SANTOS, EMERSON; CATTO, ARIADNE C.; PETERLINE, ALLAN F.; AVANSI JR, WALDIR. Transition metal (Nb and W) doped TiO2 nanostructures: The role of metal doping in their photocatalytic activity and ozone gas-sensing performance. Applied Surface Science, v. 579, MAR 30 2022. (17/18649-4, 18/18208-0, 17/12437-5, 13/17639-4, 13/07296-2)

DA SILVA, LUIS F.; CATTO, ARIADNE C.; BERNARDINI, SANDRINE; FIORIDO, TOMAS; DE PALMA, JOAO V. N.; AVANSI, JR., WALDIR; AGUIR, KHALIFA; BENDAHAN, MARC. BTEX gas sensor based on hematite microrhombuses. SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL, v. 326, JAN 1 2021. (18/18208-0, 13/07296-2, 17/12437-5)