Tính xúc tác của các oxit perovskit chủ yếu dựa vào bản chất của các ion và các trạng thái hóa trị của chúng. Bản chất của nguyên tố A (đất hiếm) ảnh hưởng lên
độ bền của các oxit perovskit nhưng ít ảnh hưởng lên hoạt tính xúc tác của chúng. Điều này trái ngược với trường hợp nguyên tố B. Tuy nhiên, khi pha tạp một phần nguyên tố A bởi nguyên tố khác sẽ tạo ra sự biến đổi cấu trúc, tạo ra các nút khuyết oxy và làm thay đổi trạng thái hóa trị của kim loại chuyển tiếp… làm thay đổi hoạt tính xúc tác của vật liệu.
Hoạt tính xúc tác của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sai hỏng cấu trúc, độ linh động của oxy trong mạng tinh thể perovskit; cấu hình điện tử của cation kim loại chuyển tiếp, ảnh hưởng lên năng lượng liên kết kim loại-oxy; hóa trị của cation B ảnh hưởng lên tính oxy hóa khử, có nghĩa là dễ dàng thay đổi trạng thái oxy hóa cation và giải phóng nhanh oxy; mức độ thay thếở vị trí A hoặc B ảnh hưởng lên sự pha loãng và độ bền của các tâm hoạt động và diện tích bề mặt ảnh hưởng lên hoạt tính xúc tác.
CHƯƠNG 2
CẢM BIẾN BÁN DẪN OXIT KIM LOẠI
Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong cảm biến bán dẫn là các oxit kim loại. Sự khác biệt giữa vật liệu này với các bán dẫn khác được thể hiện qua quá trình phản ứng hóa học bất thuận nghịch tạo thành các oxit bền vững khi đặt ngoài không khí ở nhiệt độ cao, các oxit kim loại duy trì ổn định trong khi tương tác với oxy ở bề mặt của chúng. Các phản ứng diễn ra trên bề mặt sẽ kéo theo sự trao đổi điện tử và dẫn đến sự thay đổi điện trở của vật liệu. Các phản ứng hóa học này được thực hiện bởi quá trình xúc tác của chất khí hấp phụ lên các trạng thái sai hỏng bề mặt dẫn đến sự biến đổi trạng thái bề mặt cảm biến. Quá trình xúc tác này không chỉ diễn ra trên lớp bề mặt vật liệu mà còn có thể diễn ra trong lòng vật liệu với khoảng cách khuếch tán so với bề mặt vật liệu cỡ vài μm hoặc ngắn hơn. Do vậy, nhiệt độ làm việc của loại cảm biến này là phải đủ thấp cho phép quá trình hấp phụ bề mặt diễn ra và làm chậm quá trình cân bằng sai hỏng khối. Mặt khác nhiệt độ làm việc của cảm biến này cũng phải đủ cao đảm bảo phản ứng xúc tác và trao đổi điện tích giữa lớp bề mặt và trong khối. Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng nhiệt độ làm việc của loại cảm biến này thường nằm trong khoảng từ 200 đến 500 oC. Nhiệt độ làm việc của loại cảm biến này phụ thuộc rất nhiều vào bản chất vật liệu và mục đích sử dụng của cảm biến.
Trong chương này tác giả sẽ tập trung chủ yếu vào dạng cảm biến bán dẫn oxit kim loại kiểu điện trở, các nguyên tắc cơ bản, phản ứng chất khí-chất rắn, thiết kế cảm biến và các đặc trưng cơ bản của cảm biến.