Sau khi khảo sát cấu trúc màng ZnO:Ni, chúng tôi tiếp tục tìm hiểu cơ chế nhạy khí của màng[47]. Trong quá trình pha tạp sẽ xảy ra quá trình thay thế, điền khuyết của Ni+ vào vị trí Zn2+. Ion Ni+ đóng vai trò rất quan trọng trong việc phân ly phân tử khí acetone. Khi phân tử khí acetontiếp xúc với bề mặt màng thì nó ưu tiên hấp thụ vào vị trí của ion Ni+ và liên kết giữa chúng được hình thành, tạo nên một hợp chất trung gian, hợp chất trung gian này không bền, dễ dàng bị phân hủy để tương tác với thành phần O- có trên bề mặt màng.
95
Hình 3.69 Minh họa quá trình phân ly phân tử khí aceton khi có mặt Ni+.
Dựa vào sơ đồ trên ta thấy, khi các phân tử khí aceton tiếp xúc vào bề mặt mẫu thì ưu tiên hấp phụ tại vị trí Ni+
, Ni+ đóng vai trò phân hủy liên kết C-C trong aceton và tạo thành liên kết Ni+-CO.
Ni+- C3H6O Ni+
-CO+ C2H6 (3.1) Trong liên kết NiCO+, đám mây điện tử được sắp xếp định hướng theo vị trí của ion Ni+, lúc này cặp đôi điện tử của oxy sẽ bị hút về phía ion Ni+ làm đứt gãy liên kết giữa cacbon và oxy, tạo nên liên kết giữa ion Ni+ và oxy. Liên kết này không bền, do đó, sẽ bị phân hủy ngay lập tức thành hai sản phẩm phụ là CO và C2H6, hai sản phẩm này tham gia phản ứng với O-
có trên bề mặt ZnO theo phương trình bên dưới:
CO + O- CO2 + e (3.2) C2H6 + O- CO2 + H2O + e (3.3) Kết quả của quá trình tương tác này sẽ giải phóng electron trên bề mặt mẫu, dẫn đến điện trở của mẫu giảm xuống. Tuy nhiên, khi nồng độ pha tạp tăng lên sẽ diễn ra sự chuyển hóa Ni+ thành Ni2+, dẫn đến độ nhạy giảm xuống do Ni2+ không có khả năng xúc tác phân ly phân tử khí acetone.