CuO()-WO()複合材料のHSガスに対するガスセンシング性能とそのメカニズム

Gas Sensing Performance and Mechanism of CuO()-WO() Composites to HS Gas.

• Fang Peng
• Yan Sun
• Weiwei Yu
• Yue Lu
• Jiaming Hao
• Rui Cong
• Jichao Shi
• Meiying Ge
• Ning Dai

抄録

本研究では、硫化水素(HS)センシングのために、酸化銅/三酸化タングステン(CuO/WO)複合材料の組成最適化を系統的に検討した。CuO/WO複合材料の応答は、CuOの含有量が減少すると-型から-型へと変化する。さらに、Cu/Wモル比が1:0から1:10に減少すると、-型の応答は弱くなり、-型の応答は強くなることがわかった。最適な Cu/W モル比は 1:10 であり、このセンサーは 40 ℃で 1.19 × 10 から 20 ppm の HS ガスに対して 1.19 × 10 の超高感度の-type 応答を示します。温度が40℃から250℃に上昇すると、CuO/WO(1:1)センサーは-応答の変化を示し、CuO/WO(1:1.5)センサーは無応答から-型応答へと変化する。これは、温度の上昇がCu-S結合の破断を促進し、全体の応答に対する-型CuOの寄与を弱めるためであり、熱効果によるCuS結合の分解はラマン分析によって確認された。また、CuOの含有量が減少すると、CuOが一部から完全にCuSに変化し、CuOの抵抗が増加から減少に転じ、-CuOと-WOの全応答に対する弱体化モードから相乗モードへと変化することを明らかにした。

In this work, the compositional optimization in copper oxide/tungsten trioxide (CuO/WO) composites was systematically studied for hydrogen sulfide (HS) sensing. The response of CuO/WO composites changes from -type to -type as the CuO content decreases. Furthermore, the -type response weakens while the -type response strengthens as the Cu/W molar ratio decreases from 1:0 to 1:10. The optimal Cu/W molar ratio is 1:10, at which the sensor presents the ultrahigh -type response of 1.19 × 10 to 20 ppm HS gas at 40 °C. Once the temperature rises from 40 °C to 250 °C, the CuO/WO (1:1) sensor presents the - response transformation, and the CuO/WO (1:1.5) sensor changes from no response to -type response, because the increased temperature facilitates the Cu-S bonds break and weakens the -type CuO contribution to the total response, such that the CuS bond decomposition by a thermal effect was verified by a Raman analysis. In addition, with a decrease in CuO content, the CuO is transformed from partly to completely converting to CuS, causing the resistance of CuO to decrease from increasing and, hence, a weakening mode of -CuO and -WO to the total response turns to a synergistic mode to it.