Influence of morphology and heterostructure formation on the NO2 gas sensing properties of the ZnO-NiO system

Autor(es)

Tagliaferro, Julia Coelho ; Komorizono, Amanda Akemy ; Pessoa, Natalia Candiani Simoes ; Correia, Rayssa Silva ; Bernardi, Maria Ines Basso ; Mastelaro, Valmor Roberto

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: TALANTA OPEN; v. 10, p. 11-pg., 2024-12-04.

Resumo

The detection of toxic gases has gained significant attention in recent decades. Among various gas-sensing materials, metal oxide semiconductors (MOS) have emerged as highly promising due to their exceptional physical and chemical properties. However, a major limitation of MOS-based gas sensors is their lack of specificity, as they often respond to multiple gases, complicating the identification of target gases in mixed environments. This challenge can be addressed by combining two or more MOS materials to form a heterojunction, which modifies the electronic structure and enhances selectivity. NiO, a p-type semiconductor, has demonstrated the ability to improve both selectivity and sensor response when combined with ZnO, an n-type semiconductor. In this study, ZnO particles were synthesized via a precipitation method to produce two distinct morphologies: needle- and donut-like. These ZnO particles were subsequently combined with NiO via a hydrothermal reaction to form an n-p heterojunction. The selectivity of the resulting sensors was evaluated against O3, NO2, NH3, and CO gases. The results indicated that ZnO sensors with needle- and donut-like morphologies exhibited high responses to oxidizing gases but lacked adequate selectivity between them. In contrast, the ZnO/NiO donut-like heterostructure demonstrated high selectivity for NO2 detection. (AU)

• Processo FAPESP: 22/07880-5 - Avaliação das propriedades sensoras de diferentes nanoestruturas de ZnO para detecção de O3
• Beneficiário: Natalia Candiani Simões Pessoa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros
• Beneficiário: Edgar Dutra Zanotto
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/22076-5 - Nanocompósitos a base de grafeno reduzido (rGO) e óxidos semicondutores metálicos (MOS) para aplicação como sensores de gases tóxicos
• Beneficiário: Valmor Roberto Mastelaro
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/03325-7 - Desenvolvimento de sensores de gases flexíveis a base de tintas condutoras de rGO e rGO/ZnO para detecção de NO2 e NH3
• Beneficiário: Amanda Akemy Komorizono
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 22/06404-5 - Propriedades sensoras de nanocompósitos à base de rGO-ZnO com diferentes morfologias para detecção de O3
• Beneficiário: Rayssa Silva Correia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica