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

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.