Achieving Room-Temperature ppb-Level H2S Detection in a Au-SnO2 Sensor with Low Voltage Enhancement Effect

检出限 工作温度 相对湿度 材料科学 吸附 氧气 分析化学(期刊) 每个符号的零件数 氧化物 电压 光电子学 纳米技术 化学 电气工程 环境化学 工程类 有机化学 物理 色谱法 冶金 热力学
作者
Moumita Deb,Chia-Jung Lu,Hsiao-Wen Zan
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (9): 4568-4577 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c00105
摘要

Although semiconductor metal oxide-based sensors are promising for gas sensing, low-power and room temperature operation (24 ± 1 °C) remains desirable for practical applications particularly considering the request of energy saving or net zero emission. In this study, we demonstrate a Au/SnO2-based ultrasensitive H2S gas sensor with a limit of detection (LOD) of 2 ppb, operating at very low voltages (0.05 to 0.5 V) at room temperature. The Au/SnO2-based sensor showed approximately 7 times higher response (the ratio of change in the current to initial current) of ∼270% and 4 times faster recovery (126 s) compared to the pure SnO2-based sensor when exposed to 500 ppb H2S gas concentration at 0.5 V operating voltage at relative humidity (RH) 17.5 ± 2.5%. The enhancement can be attributed to the catalytic characteristics of AuNPs, increasing the number of adsorbed oxygen species on sensing material surfaces. Additionally, AuNPs aid in forming flower-petal-like Au/SnO2 nanostructures, offering a larger surface area and more active sites for H2S sensing. Moreover, at low voltage (<1 V), the localized dipoles at the Au/SnO2 interface may further enhance the absorption of polar oxygen molecules and hence promote the reaction between H2S and oxygen species. This low-power, ultrasensitive H2S sensor outperforms high-powered alternatives, making it ideal for environmental, food safety, and healthcare applications.
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