Skip to main content
Erschienen in: Journal of Sol-Gel Science and Technology 3/2011

01.12.2011 | Original Paper

Sol–gel derived mesoporous Pt and Cr-doped WO3 thin films: the role played by mesoporosity and metal doping in enhancing the gas sensing properties

verfasst von: Massimiliano D’Arienzo, Maurizio Crippa, Paolo Gentile, Claudio Maria Mari, Stefano Polizzi, Riccardo Ruffo, Roberto Scotti, Laura Wahba, Franca Morazzoni

Erschienen in: Journal of Sol-Gel Science and Technology | Ausgabe 3/2011

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Mesoporous Cr or Pt-doped WO3 thin films to be employed as ammonia gas sensors were prepared by a fast one-step sol–gel procedure, based on the use of triblock copolymer as templating agent. The obtained films were constituted by aggregates of interconnected WO3 nanocrystals (20–50 nm) separated by mesopores with dimensions ranging between 2 and 15 nm. The doping metals, Pt and Cr, resulted differently hosted in the WO3 mesoporous matrix. Chromium is homogeneously dispersed in the oxide matrix, mainly as Cr(III) and Cr(V) centers, as revealed by EPR spectroscopy; instead platinum segregated as Pt (0) nanoparticles (4 nm) mainly included inside the WO3 nanocrystals. The semiconductor layers containing Pt nanoclusters revealed, upon exposure to NH3, remarkable electrical responses, much higher than Cr-doped and undoped layers, particularly at low ammonia concentration (6.2 ppm). This behavior was attributed to the presence of Pt nanoparticles segregated inside the semiconductor matrix, which act as catalysts of the N–H bond cleavage, decreasing the activation barrier in the ammonia dissociation. The role of the mesoporous structure in influencing the chemisorption and the gas diffusion in the WO3 matrix appeared less decisive than the electronic differences between the two examined doping metals. The overall results suggest that a careful combination between mesoporous architecture and metal doping can really promote the electrical response of WO3 toward ammonia.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Göpel W, Hesse J, Zemel JN (1991) Sensors. A comprehensive survey, vol 2: Chemical and biochemical sensors (Parts 1 and 2). VCH Weinheim, New York Göpel W, Hesse J, Zemel JN (1991) Sensors. A comprehensive survey, vol 2: Chemical and biochemical sensors (Parts 1 and 2). VCH Weinheim, New York
2.
3.
Zurück zum Zitat Göpel W, Hesse J, Zemel JN, Meixner H, Jones R (1995) Sensors. A comprehensive survey, vol 8. VCH Weinheim, New York Göpel W, Hesse J, Zemel JN, Meixner H, Jones R (1995) Sensors. A comprehensive survey, vol 8. VCH Weinheim, New York
4.
Zurück zum Zitat Moseley PT, Tofield BC (1987) Solid- state gas sensors. Hilger, Bristol/Philadelphia Moseley PT, Tofield BC (1987) Solid- state gas sensors. Hilger, Bristol/Philadelphia
5.
Zurück zum Zitat Sberveglieri G (1992) Gas sensors: principles, operation and developments. Kluwer, Boston Sberveglieri G (1992) Gas sensors: principles, operation and developments. Kluwer, Boston
6.
Zurück zum Zitat Mandelis A, Christofides C (1993) Physics, chemistry and technology of solid state gas sensor devices. Wiley, New York Mandelis A, Christofides C (1993) Physics, chemistry and technology of solid state gas sensor devices. Wiley, New York
7.
8.
Zurück zum Zitat Xia Y, Yang P, Sun Y, Wu Y, Mayers B, Gates B, Yin Y, Kim F, Yan H (2003) Adv Mater 15:353–389CrossRef Xia Y, Yang P, Sun Y, Wu Y, Mayers B, Gates B, Yin Y, Kim F, Yan H (2003) Adv Mater 15:353–389CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Scott RWJ, Yang SM, Coombs N, Williams DE, Ozin GA (2003) Adv Funct Mater 13:225–231CrossRef Scott RWJ, Yang SM, Coombs N, Williams DE, Ozin GA (2003) Adv Funct Mater 13:225–231CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Acciarri M, Barberini R, Canevali C, Mari CM, Mattoni M, Morazzoni F, Nodari L, Polizzi S, Ruffo R, Russo U, Sala M, Scotti R (2005) Chem Mater 17:6167–6171CrossRef Acciarri M, Barberini R, Canevali C, Mari CM, Mattoni M, Morazzoni F, Nodari L, Polizzi S, Ruffo R, Russo U, Sala M, Scotti R (2005) Chem Mater 17:6167–6171CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Sasahara K, Hyodo T, Shimizu Y, Egashira M (2004) J Eur Ceram Soc 24:1961–1967CrossRef Sasahara K, Hyodo T, Shimizu Y, Egashira M (2004) J Eur Ceram Soc 24:1961–1967CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Wang H, Liang J, Fan H, Xi B, Zhang M, Xiong S, Zhu Y, Qian Y (2008) J Solid State Chem 181:122–129CrossRef Wang H, Liang J, Fan H, Xi B, Zhang M, Xiong S, Zhu Y, Qian Y (2008) J Solid State Chem 181:122–129CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Firooz AA, Mahjoub AR, Khodadadi AA (2009) Sens Actuators B 141:89–96CrossRef Firooz AA, Mahjoub AR, Khodadadi AA (2009) Sens Actuators B 141:89–96CrossRef
15.
Zurück zum Zitat D’Arienzo M, Armelao L, Cacciamani A, Mari CM, Polizzi S, Ruffo R, Scotti R, Testino A, Wahba L, Morazzoni F (2010) Chem Mater 22:4083–4089CrossRef D’Arienzo M, Armelao L, Cacciamani A, Mari CM, Polizzi S, Ruffo R, Scotti R, Testino A, Wahba L, Morazzoni F (2010) Chem Mater 22:4083–4089CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Choi WK, Song SK, Cho JS, Yoon YS, Choi D, Jung HJ, Koh SK (1997) Sens Actuators B 40:21–27CrossRef Choi WK, Song SK, Cho JS, Yoon YS, Choi D, Jung HJ, Koh SK (1997) Sens Actuators B 40:21–27CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Canevali C, Chiodini C, Morazzoni F, Scotti R, Bianchi CL (1997) J Mater Chem 7:997–1002CrossRef Canevali C, Chiodini C, Morazzoni F, Scotti R, Bianchi CL (1997) J Mater Chem 7:997–1002CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Canevali C, Mari CM, Mattoni M, Morazzoni F, Nodari L, Ruffo R, Russo U, Scotti R (2005) J Phys Chem B 109:7195–7202CrossRef Canevali C, Mari CM, Mattoni M, Morazzoni F, Nodari L, Ruffo R, Russo U, Scotti R (2005) J Phys Chem B 109:7195–7202CrossRef
19.
20.
Zurück zum Zitat Polleux J, Gurlo A, Barsan N, Weimar U, Antonietti M, Niederberger M (2006) Angew Chem Int Ed 45:261–265CrossRef Polleux J, Gurlo A, Barsan N, Weimar U, Antonietti M, Niederberger M (2006) Angew Chem Int Ed 45:261–265CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Yang P, Zhao D, Margolese DI, Chmelka BF, Stucky GD (1998) Nature 396:152–155CrossRef Yang P, Zhao D, Margolese DI, Chmelka BF, Stucky GD (1998) Nature 396:152–155CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Bailey FE, Koleske JV (1990) Alkylene oxides and their polymers. Marcel Dekker, New York Bailey FE, Koleske JV (1990) Alkylene oxides and their polymers. Marcel Dekker, New York
23.
Zurück zum Zitat Pokhrel S, Simion CE, Teodorescu VS, Barsan N, Weimar U (2009) Adv Funct Mater 19:1767–1774CrossRef Pokhrel S, Simion CE, Teodorescu VS, Barsan N, Weimar U (2009) Adv Funct Mater 19:1767–1774CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Xu C, Tamaki J, Miura N, Yamazoe N (1991) Sens Actuators B 3:147–155CrossRef Xu C, Tamaki J, Miura N, Yamazoe N (1991) Sens Actuators B 3:147–155CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Simon I, Barsan N, Bauer M, Weimar U (2001) Sens Actuators B 73:1–26CrossRef Simon I, Barsan N, Bauer M, Weimar U (2001) Sens Actuators B 73:1–26CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Epifani M, Andreu T, Magaña CR, Díaz R, Arbiol J, Siciliano P, Morante JR (2010) Sens Actuators B 148:200–206CrossRef Epifani M, Andreu T, Magaña CR, Díaz R, Arbiol J, Siciliano P, Morante JR (2010) Sens Actuators B 148:200–206CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Epifani M, Andreu T, Arbiol J, Diaz R, Siciliano P, Morante JR (2009) Chem Mater 21:5215–5221CrossRef Epifani M, Andreu T, Arbiol J, Diaz R, Siciliano P, Morante JR (2009) Chem Mater 21:5215–5221CrossRef
28.
29.
30.
Zurück zum Zitat Jimenez I, Centeno MA, Scotti R, Morazzoni F, Arbiol J, Cornet A, Morante JR (2004) J Mater Chem 14:2412–2420CrossRef Jimenez I, Centeno MA, Scotti R, Morazzoni F, Arbiol J, Cornet A, Morante JR (2004) J Mater Chem 14:2412–2420CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Morazzoni F, Scotti R, Origoni L, D’Arienzo M, Jimenez I, Cornet A, Morante JR (2007) Catalysis Today 126:169–176CrossRef Morazzoni F, Scotti R, Origoni L, D’Arienzo M, Jimenez I, Cornet A, Morante JR (2007) Catalysis Today 126:169–176CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Zamani C, Casals O, Andreu T, Morante JR, Romano-Rodriguez A (2009) Sens Actuators B 140:557–562CrossRef Zamani C, Casals O, Andreu T, Morante JR, Romano-Rodriguez A (2009) Sens Actuators B 140:557–562CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Mudiyanselage K, Trenary M, Meyer RJ (2007) J Phys Chem C 111:7127–7136CrossRef Mudiyanselage K, Trenary M, Meyer RJ (2007) J Phys Chem C 111:7127–7136CrossRef
34.
Zurück zum Zitat Rossinyol E, Prim A, Pellicer E, Arbiol J, Hernández-Ramírez F, Peiró F, Cornet A, Morante JR, Solovyov LA, Tian B, Bo T, Zhao D (2007) Adv Funct Mater 17:1801–1806CrossRef Rossinyol E, Prim A, Pellicer E, Arbiol J, Hernández-Ramírez F, Peiró F, Cornet A, Morante JR, Solovyov LA, Tian B, Bo T, Zhao D (2007) Adv Funct Mater 17:1801–1806CrossRef
Metadaten
Titel
Sol–gel derived mesoporous Pt and Cr-doped WO3 thin films: the role played by mesoporosity and metal doping in enhancing the gas sensing properties
verfasst von
Massimiliano D’Arienzo
Maurizio Crippa
Paolo Gentile
Claudio Maria Mari
Stefano Polizzi
Riccardo Ruffo
Roberto Scotti
Laura Wahba
Franca Morazzoni
Publikationsdatum
01.12.2011
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Sol-Gel Science and Technology / Ausgabe 3/2011
Print ISSN: 0928-0707
Elektronische ISSN: 1573-4846
DOI
https://doi.org/10.1007/s10971-011-2568-7

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2011

Journal of Sol-Gel Science and Technology 3/2011 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.