حسگر بخار اتانول دما پایین برپایه نانوچندسازه H-CeO2/Fe:کارایی فراحساس، انتخابی و قابل‌تکرار
محورهای موضوعی : شیمی تجزیه
الناز یوسفیان
1
,
سوسن صمدی
2
,
خدیجه کلاته
3
,
محمد یوسفی
4
,
علی پارسا
5
1 - دانشجوی دکتری شیمی تجزیه، گروه شیمی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - استادیار شیمی تجزیه، گروه شیمی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - استادیار شیمی معدنی، گروه شیمی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
4 - دانشیار شیمی معدنی، گروه شیمی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
5 - استادیار شیمی تجزیه، گروه شیمی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
کلید واژه: حسگر گازی, سریا توخالی, ترکیب‌های آلی فرار (VOCs), نانوچندسازه,
چکیده مقاله :
در این پژوهش، نانوچندسازه H-CeO2/Fe به روش سل-ژل با کمک آب گرمایی سنتز و حساسیت این حسگر گازی نسبت به اتانول، 2-پروپانول و متانول، بررسی شد. روش‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) و BET برای بررسی ویژگی ساختاری و ریخت شناسی نانوچندسازه H-CeO2/Fe استفاده شد. با درنظرگرفتن شرایط عملیاتی در دمای C° 29 و رطوبت نسبی (RH) 45% حساسیت حسگر ساخته شده به اتانول نسبت به سایر ترکیب های آلی فرار، بالاتر بود. عامل های حساسیت، تکرارپذیری و زمان‌های پاسخ و بازیابی به عنوان ویژگی‌های عملکردی و عامل های انحراف استاندارد نسبی (RSD)، حد تشخیص (LOD) و ضریب تعیین نیز مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفتند. نتیجه ها نشان داد که می‌توان از حسگر H-CeO2/Fe برای اندازه‌گیری کمی و کیفی اتانول استفاده کرد. سازوکار پاسخ‌دهی حسگر نسبت به اتانول نیز بحث و بررسی شد.
In this paper, hollow-CeO2/Fe (H-CeO2/Fe) nanocomposite was synthesized by hydrothermal assisted sol-gel method and the sensitivity of this gas sensor to ethanol, 2-propanol, and methanol was investigated. The structural properties and morphology of H-CeO2/Fe nanocomposite were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), BET, and transmission electron microscopy (TEM). The synthesized sensor sensitivity to ethanol was higher than the other volatile organic compounds at 29 °C and relative humidity (RH) of 45%. The sensitivity, reproducibility, response, and recovery times as performance characteristics and relative standard deviation (RSD), limit of detection (LOD), and determination coefficient were also evaluated. The results showed that the H-CeO2/Fe sensor could be used to quantitative and qualitative analysis of ethanol. The response mechanism of the sensor to ethanol was also discussed.
[1] Righettoni, M.; Tricoli, A.; Pratsinis, S.E.; Anal. Chem. 82, 3581–3587, 2010.
[2] Li, G.; Cheng, Z.; Xiang, Q.; Yan, L.; Wang, X.; Xu, J.Q.; Sens. Actuat. B: Chem. 283, 590–601, 2019.
[3] Hunter, G.W.; Akbar, S.; Bhansali, S.; Daniele, M.; Erb, P.D.; Johnson, K.; Liu, C.C.; Miller, D.; Oralkan, O.; Hesketh, P.J.; Manickam, P.; Vander Wal, R.L.; J. Electrochem. Soc. 167, 037570, 2020.
[4] Amiri, V.; Roshan, H.; Mirzaei, A.; Neri, G.; Ayesh, A.I.; Chemosensors 89(4), 105, 2020.
[5] Zito, C.A.; Perfecto, T.M.; Dippel, A.C.; Volanti, D.P.; Koziej, D.; ACS Appl. Mater. Interfaces 12(15), 17745–17751, 2020.
[6] Zou, Y.; Chen, S.; Sun, J.; Liu, J.; Che, Y.; Liu, X.; Zhang, J.; Yang, D.; ACS Sens. 2(7), 897–902, 2017.
[7] Wongrat, E.; Chanlek, N.; Chueaiarrom, C.; Thupthimchun, W.; Samransuksamer, B.; Choopun, S.; Ceram. Int. 43(1), 557-566, 2017.
[8] Vuong, N.M.; Hieu, N.M.; Hieu, H.N.; Yi, H.; Kim, D.; Han, Y.S.; Kim, M.; Sens. Actuat. B Chem. 192, 327– 333, 2014.
[9] Wang, P.; Sui, L.; Yu, H.; Zhang, X.; Cheng, X.; Gao, S.; Zhao, H.; Huo, L.; Xu, Y.; Wu, H.; Sens. Actuat. B Chem. 326, 128796, 2021.
[10] Majhi, S.M.; Rai, P.; Yu, Y.; ACS Appl. Mater. Interfaces 7(18), 9462–9468, 2015.
[11] Liu, J.; Dai, M.; Wang, T.; Sun, P.; Liang, X.; Lu, G.; Shimanoe, K.; Yamazoe, N.; ACS Appl. Mater. Interfaces 8(10), 6669–6677, 2016.
[12] Su, C.; Zhang, L.; Han, Y.; Ren, C.; Zeng, M.; Zhou, Z.; Su, Y.; Hu, N.; Wei, H.; Yang, Z.; Sens. Actuat. B. Chem. 304, 127347, 2020.
[13] Cao, P.; Yang, Z.; Navale, S.T.; Han, S.; Liu, X.; Liu, W.; Lu, Y.; Stadler, F.J.; Zhu, D.; Sens. Actuat. B Chem. 298, 126850, 2019.
[14] Deng, W.; Chen, D.; Hu, J.; Chen, L.; RSC Adv. 98(5), 80158-80169, 2015.
[15] Caruso, R.; Susha, A.; Caruso, F.; Chem. Mater. 13(2), 400-409, 2001.
[16] Hu, J.; Chen, M.; Fang, X.; Wu, L.; Chem. Soc. Rev. 11(40), 5472, 2011.
[17] Zhang, J.; J. Phys. Chem. Lett. 1(4), 686-695, 2010.
[18] Zakaria, S.A.; Samadi, S.; Cordshooli, G.A.; Sens. Actuat. A Phys. 318, 112226, 2021.
[19] Hu, J.; Sun, Y.; Xue, Y.; Zhang, M.; Li, P.; Lian, K.; Zhuiykov, S.; Zhang, W.; Chen, Y.; Sens. Actuat. B Chem. 257, 124–135, 2018.
[20] Rasouli, Z.; Yousefi, M.; Samadi, S.; Kalateh, K.; Torbati, M.B.; J. Nanoanalysis 4(4), 280-289, 2018.
[21] Samadi, S.; Cordshooli, G.A.; Yousefi, M.; Kalateh, K.; Zakaria, S.A.; Sen. Review 38(4), 458-466, 2018.
[22] Yan, S.; Liang, X.; Song, H.; Ma, S.; Lu, Y.; Ceram. Int. 44(1), 358-363, 2018.
[23] Hosseinzadeh, H.; Tohidi, G.; J. Saudi Chem. Soc. 101371, 2021.
[24] Burgués, J.; Jiménez-Soto, J.M.; Marco, S.; Anal. Chim. Acta. 1013, 13-25, 2018.
[25] Song, Y.; Zhang, Y.; Ma, M.; Ren, J.; Liu, C.; Tan, J.; Ceram. Int. 46, 16337–16344, 2020.
[26] Xu, J.; Han, J.; Zhang, Y.; Sun, Y.; Xie, B.; Sens. Actuat. B Chem. 132, 334–339, 2008.
_||_[1] Righettoni, M.; Tricoli, A.; Pratsinis, S.E.; Anal. Chem. 82, 3581–3587, 2010.
[2] Li, G.; Cheng, Z.; Xiang, Q.; Yan, L.; Wang, X.; Xu, J.Q.; Sens. Actuat. B: Chem. 283, 590–601, 2019.
[3] Hunter, G.W.; Akbar, S.; Bhansali, S.; Daniele, M.; Erb, P.D.; Johnson, K.; Liu, C.C.; Miller, D.; Oralkan, O.; Hesketh, P.J.; Manickam, P.; Vander Wal, R.L.; J. Electrochem. Soc. 167, 037570, 2020.
[4] Amiri, V.; Roshan, H.; Mirzaei, A.; Neri, G.; Ayesh, A.I.; Chemosensors 89(4), 105, 2020.
[5] Zito, C.A.; Perfecto, T.M.; Dippel, A.C.; Volanti, D.P.; Koziej, D.; ACS Appl. Mater. Interfaces 12(15), 17745–17751, 2020.
[6] Zou, Y.; Chen, S.; Sun, J.; Liu, J.; Che, Y.; Liu, X.; Zhang, J.; Yang, D.; ACS Sens. 2(7), 897–902, 2017.
[7] Wongrat, E.; Chanlek, N.; Chueaiarrom, C.; Thupthimchun, W.; Samransuksamer, B.; Choopun, S.; Ceram. Int. 43(1), 557-566, 2017.
[8] Vuong, N.M.; Hieu, N.M.; Hieu, H.N.; Yi, H.; Kim, D.; Han, Y.S.; Kim, M.; Sens. Actuat. B Chem. 192, 327– 333, 2014.
[9] Wang, P.; Sui, L.; Yu, H.; Zhang, X.; Cheng, X.; Gao, S.; Zhao, H.; Huo, L.; Xu, Y.; Wu, H.; Sens. Actuat. B Chem. 326, 128796, 2021.
[10] Majhi, S.M.; Rai, P.; Yu, Y.; ACS Appl. Mater. Interfaces 7(18), 9462–9468, 2015.
[11] Liu, J.; Dai, M.; Wang, T.; Sun, P.; Liang, X.; Lu, G.; Shimanoe, K.; Yamazoe, N.; ACS Appl. Mater. Interfaces 8(10), 6669–6677, 2016.
[12] Su, C.; Zhang, L.; Han, Y.; Ren, C.; Zeng, M.; Zhou, Z.; Su, Y.; Hu, N.; Wei, H.; Yang, Z.; Sens. Actuat. B. Chem. 304, 127347, 2020.
[13] Cao, P.; Yang, Z.; Navale, S.T.; Han, S.; Liu, X.; Liu, W.; Lu, Y.; Stadler, F.J.; Zhu, D.; Sens. Actuat. B Chem. 298, 126850, 2019.
[14] Deng, W.; Chen, D.; Hu, J.; Chen, L.; RSC Adv. 98(5), 80158-80169, 2015.
[15] Caruso, R.; Susha, A.; Caruso, F.; Chem. Mater. 13(2), 400-409, 2001.
[16] Hu, J.; Chen, M.; Fang, X.; Wu, L.; Chem. Soc. Rev. 11(40), 5472, 2011.
[17] Zhang, J.; J. Phys. Chem. Lett. 1(4), 686-695, 2010.
[18] Zakaria, S.A.; Samadi, S.; Cordshooli, G.A.; Sens. Actuat. A Phys. 318, 112226, 2021.
[19] Hu, J.; Sun, Y.; Xue, Y.; Zhang, M.; Li, P.; Lian, K.; Zhuiykov, S.; Zhang, W.; Chen, Y.; Sens. Actuat. B Chem. 257, 124–135, 2018.
[20] Rasouli, Z.; Yousefi, M.; Samadi, S.; Kalateh, K.; Torbati, M.B.; J. Nanoanalysis 4(4), 280-289, 2018.
[21] Samadi, S.; Cordshooli, G.A.; Yousefi, M.; Kalateh, K.; Zakaria, S.A.; Sen. Review 38(4), 458-466, 2018.
[22] Yan, S.; Liang, X.; Song, H.; Ma, S.; Lu, Y.; Ceram. Int. 44(1), 358-363, 2018.
[23] Hosseinzadeh, H.; Tohidi, G.; J. Saudi Chem. Soc. 101371, 2021.
[24] Burgués, J.; Jiménez-Soto, J.M.; Marco, S.; Anal. Chim. Acta. 1013, 13-25, 2018.
[25] Song, Y.; Zhang, Y.; Ma, M.; Ren, J.; Liu, C.; Tan, J.; Ceram. Int. 46, 16337–16344, 2020.
[26] Xu, J.; Han, J.; Zhang, Y.; Sun, Y.; Xie, B.; Sens. Actuat. B Chem. 132, 334–339, 2008.