Self-Powered Thermoelectric Hydrogen Sensors Based on Low-Cost Bismuth Sulfide Thin Films: Quick Response at Room Temperature

材料科学 热电效应 薄膜 光电子学 硫化氢 硫化铅 纳米技术 硫化物 热电材料 化学工程 复合材料 量子点 热导率 冶金 硫黄 物理 工程类 热力学 化学 有机化学
作者
Yan Yu,Yan Yu,Zhenyu Hu,Shui‐Yang Lien,Yaming Yu,Yaming Yu,Peng Gao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (42): 47696-47705 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12749
摘要

Thermoelectric (TE)-based gas sensors have attracted significant attention due to their high selectivity, low power consumption, and minimum maintenance requirements. However, it is challenging to find low-cost, environmentally friendly materials and simple device fabrication processes for large-scale applications. Herein, we report self-powered thermoelectric hydrogen (TEH) sensors based on bismuth sulfide (Bi2S3) fabricated from a low-cost Bi2S3 TE layer and platinum (Pt) catalyst. When working at room temperature, the monomorphic-type TEH sensor obtained an output response signal of 42.2 μV with a response time of 17 s at a 3% hydrogen atmosphere. To further improve device performance, we connected the patterned Bi2S3 films in series to increase the Seebeck coefficient to -897 μV K-1. For comparison, the resulting N tandem-type TEH sensor yielded a distinguished output voltage of 101.4 μV, which was greater than the monomorphic type by a factor of 2.4. Significantly, the response and recovery time of the N-tandem-type TEH sensor to 3% hydrogen were shortened to 14 and 15 s, respectively. This work provides a simple, environmentally friendly, and low-cost strategy for fabricating high-performance TEH sensors by applying low-cost Bi2S3 TE materials.
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