Micrometric Co₃O₄/ZIF-67 with high toluene detection capability

Autor(es)

Paciencia, Fabiola C. ; Theodoro, Reinaldo dos S. ; Santos, Gustavo S. M. ; Perfecto, Tarcisio M. ; Volanti, Diogo P.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING; v. 192, p. 11-pg., 2025-03-11.

Resumo

Environmental monitoring has increasingly focused on detecting volatile organic compounds (VOCs), especially toluene, as these substances pose significant environmental and human health risks. Our research demonstrates the fabrication of microscale Co3O4, a p-type semiconductor material, synthesized through a two-step process combining microwave-assisted hydrothermal synthesis and subsequent calcination. Given the inherent low sensitivity and selectivity of p-type metal oxide semiconductor (MOS) sensors, we explored strategies to enhance the selectivity and sensitivity of p-type MOS under diverse sensing conditions, including varying temperatures and humid environments. The VOC detection performance of Co3O4 was improved by adding a metal-organic framework, ZIF-67. The Co3O4/ZIF-67 composite was prepared using the reflux method. The sensor demonstrated enhanced detection capabilities compared to pure Co3O4, as evidenced by the Co3O4/ZIF-67 composite exhibiting the highest response (61.22) to 100 ppm of toluene at 250 degrees C, with a high selectivity index (5.43). In contrast, the Co3O4 sensor responded 20.05 to toluene, with a relatively low selectivity index (2.86) at 250 degrees C. Therefore, the incorporation of ZIF-67 resulted in an enhancement of the sensor's response and selectivity. Furthermore, the sensor demonstrated satisfactory performance at various controlled relative humidities. The micro-sized Co3O4/ZIF-67 demonstrates significant potential as an effective material for low-temperature toluene detection, a crucial capability for monitoring environmental conditions and protecting human health. (AU)

• Processo FAPESP: 22/14720-4 - Dos Átomos às Cerâmicas: Um Estudo de Microscopia Eletrônica de Transmissão sobre o Desenvolvimento de Materiais Transparentes
• Beneficiário: Tarcísio Micheli Perfecto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/05381-1 - Heteroestruturas do tipo ZnO/NiO derivadas de estruturas metal-orgânicas para a detecção de compostos orgânicos voláteis microbianos
• Beneficiário: Reinaldo dos Santos Theodoro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/06421-1 - Desenvolvimento de sensores derivados de estruturas metal-orgânicas para detecção de compostos orgânicos voláteis microbianos
• Beneficiário: Diogo Paschoalini Volanti
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 24/03388-4 - Influência dos defeitos eletrônicos e estruturais em sensores à base de In2O3 decorados com metais nobres para detecção de compostos orgânicos voláteis microbianos
• Beneficiário: Gustavo Sanghikian Marques dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/02471-4 - Valorização de óleo fúsel da cana-de-açúcar via processos catalíticos de desidrogenação parcial
• Beneficiário: Mauricio Boscolo
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular