Đặc trưng nhạy khí của các oxit perovskit

Một phần của tài liệu Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của cảm biến nhạy hơi cồn trên cơ sở vật liệu oxit perovskit (Trang 37 - 38)

Việc phát triển cảm biến khí pha rắn với độ chọn lọc và độ tin cậy cao là rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp [40, 41]. Một số oxit ABO3 đem lại nhiều hứa hẹn trong việc sử dụng làm cảm biến khí bởi độ bền nhiệt và bền hóa học cao. Do chức năng nhạy khí của các oxit bán dẫn dựa trên cơ chế của sự thay đổi điện trở phụ thuộc vào quá trình hấp phụ khí nên các thông số vật lý khác của họ vật liệu oxit perovskit ảnh hưởng đến độ dẫn điện cần được khảo sát.

Trong các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy, khi các khí khử như CO, CH3OH hấp phụ trên bề mặt oxit LnBO3 loại p (B = Mn, Cr, Co) sẽ làm giảm độ dẫn điện của mẫu [40]. Hiện tượng này có thểđược biểu diễn bằng các phương trình phản ứng sau:

CO(khí) + O 2-(hấp phụ)Æ CO2 (hấp phụ) + 2 e- (1.20) CH3OH(khí) + 3O 2-(hấp phụ) Æ CO2 (hấp phụ) + 2H2O(hấp phụ) + 6 e - (1.21)

Theo các phương trình trên ta nhận thấy rằng, một điện tử được giải phóng do quá trình hấp phụ hóa học chất khử trên bề mặt sẽ làm giảm độ dẫn lỗ trống bởi sự tương tác với điện tử tự do này. Các phương trình này có thể được xem như các phương trình phản ứng xúc tác trên bề mặt oxit perovskit.

Hơn nữa, việc ứng dụng các cảm biến khí bị hạn chế bởi độ bền của các pha perovskit trong môi trường khí khử và nhiệt độ cao. Độ bền của một dãy các oxit perovskit LaBO3 (B = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) đã được Nakamura và các đồng nghiệp [68] nghiên cứu ở nhiệt độ 1273 K và trong môi trường khí khử CO/H2. Thứ tự độ bền được biểu diễn như sau: LaCrO3 > LaVO3 > LaFeO3 > LaMnO3 > LaCoO3 > LaNiO3. Khi khảo sát khả năng phát hiện etanol trong hơi thở của hệ vật liệu (A,A’)BO3 (A: đất hiếm; A’: kim loại kiềm thổ; B: kim loại chuyển tiếp), Obayashi và các đồng nghiệp [77] chỉ ra rằng, khi có mặt hơi cồn, độ dẫn điện của các vật liệu này thay đổi rất lớn.

Hoạt tính xúc tác trong phản ứng oxy hóa metanol của họ vật liệu ACrO3 và AFeO3 cho thấy là rất cao và bị ảnh hưởng bởi các ion kim loại chuyển tiếp và các ion đất hiếm. Rao và các đồng nghiệp [91] đề xuất rằng, các đặc trưng xúc tác của các cobanit liên quan mật thiết đến các trạng thái spin đặc biệt là các trạng thái spin cao Co3+. Đáng chú ý rằng hoạt tính xúc tác của các cobanit đất hiếm này lớn nhất là SmCoO3 tương ứng với tỷ hệ Co spin cao trên Co spin thấp là lớn nhất. Bên cạnh đó việc thay thế một phần kim loại kiềm thổ trong hệ A1-xA’

xBO3 sẽ tạo ra lỗ trống linh động. Độ nhạy khí của mẫu không ảnh hưởng đáng kể nhưng độ sâu của tâm bắt lỗ trống trong các oxit perovskit này được cải thiện. Nếu các ion A và A’ là cố định, khi đó các ion B đóng vai trò xác định độ nhạy khí của vật liệu. Điều này được kiểm chứng trong hệ Sm0,5Sr0,5MO3, độ nhạy khí của Sm0,5Sr0,5FeO3 lớn hơn Sm0,5Sr0,5CoO3. Nếu hoạt tính xúc tác được so sánh bằng thời gian đáp thì cả hai tỷ số này phụ thuộc mạnh vào đặc trưng bề mặt của vật liệu [5].

Một phần của tài liệu Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của cảm biến nhạy hơi cồn trên cơ sở vật liệu oxit perovskit (Trang 37 - 38)