Highly Selective and Reversible Detection of Simulated Breath Hydrogen Sulfide Using Fe‐Doped CuO Hollow Spheres: Enhanced Surface Redox Reaction by Multi‐Valent Catalysts

氧化还原 催化作用 硫化氢 兴奋剂 材料科学 硫化氢传感器 吸附 选择性 化学工程 硫化物 解吸 热解 无机化学 化学 硫黄 物理化学 有机化学 光电子学 工程类 冶金
作者
Ki Beom Kim,Myung Sung Sohn,Sun-Hong Min,Ji‐Wook Yoon,Jin‐Sung Park,Ju Li,Young Kook Moon,Yun Chan Kang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202308963
摘要

The precise and reversible detection of hydrogen sulfide (H2 S) at high humidity condition, a malodorous and harmful volatile sulfur compound, is essential for the self-assessment of oral diseases, halitosis, and asthma. However, the selective and reversible detection of trace concentrations of H2 S (≈0.1 ppm) in high humidity conditions (exhaled breath) is challenging because of irreversible H2 S adsorption/desorption at the surface of chemiresistors. The study reports the synthesis of Fe-doped CuO hollow spheres as H2 S gas-sensing materials via spray pyrolysis. 4 at.% of Fe-doped CuO hollow spheres exhibit high selectivity (response ratio ≥ 34.4) over interference gas (ethanol, 1 ppm) and reversible sensing characteristics (100% recovery) to 0.1 ppm of H2 S under high humidity (relative humidity 80%) at 175 °C. The effect of multi-valent transition metal ion doping into CuO on sensor reversibility is confirmed through the enhancement of recovery kinetics by doping 4 at.% of Ti- or Nb ions into CuO sensors. Mechanistic details of these excellent H2 S sensing characteristics are also investigated by analyzing the redox reactions and the catalytic activity change of the Fe-doped CuO sensing materials. The selective and reversible detection of H2 S using the Fe-doped CuO sensor suggested in this work opens a new possibility for halitosis self-monitoring.
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