Enhanced response characteristics of SnO2 thin film based sensors loaded with Pd clusters for methane detection

材料科学 薄膜 甲烷 非阻塞I/O 催化作用 吸附 纳米尺度 纳米技术 化学工程 分析化学(期刊) 化学 物理化学 有机化学 生物化学 色谱法 工程类
作者
Divya Haridas,Vinay Gupta
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier BV]
卷期号:166-167: 156-164 被引量:122
标识
DOI:10.1016/j.snb.2012.02.026
摘要

This paper reports the response characteristics of rf-sputtered SnO2 thin films (90 nm thin) loaded with nanoscale catalytic clusters for detection of methane. Ultrathin (8 nm) metal and metal-oxide catalysts (Pt, Ag, Ni, Pd, Au, NiO, Au2O3) clusters are loaded over the surface of SnO2 thin film. The SnO2–Pd cluster structure is found to exhibit an enhanced response (97.2%) for 200 ppm of methane at a relatively low operating temperature (220 °C). The enhanced response is shown to be primarily due to the dominant roles played by both Fermi level energy control mechanism and spillover mechanism. Thickness of the Pd catalyst clusters in the nano-scale range (2–20 nm), influences significantly the sensor characteristics. Optimized performance is observed with 10 nm thick Pd catalyst clusters showing a high response (∼99.2%) at a relatively low operating temperature of 160 °C. Thickness of the Pd clusters is shown to influence the amount of adsorbed oxygen present on the uncovered SnO2 film surface and also activates the spillover mechanism. The results suggest the possibility of utilizing the sensor structure having novel dispersal of Pd catalyst clusters (10 nm thickness) on the surface of SnO2 thin film for efficient detection of methane gas.

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