Polarity reversal of resistance response to trace H2 gas in the air between asymmetrically shaped electrodes on rutile-TiO2 single crystal

材料科学 金红石 电极 接触电阻 氧气 分析化学(期刊) 电阻和电导 Crystal(编程语言) 化学 复合材料 程序设计语言 色谱法 有机化学 计算机科学 物理化学
作者
Taku Suzuki,Takeshi Ohgaki,Yutaka Adachi,Isao Sakaguchi
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:131 (3) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/5.0078296
摘要

We investigated the resistance response to trace hydrogen gas in the air between the asymmetrically shaped point contact- (Pt tip) and plane contact- (Al thin-film) electrodes formed in-plane on a rutile TiO2 single crystal at 673 K. It was found that the polarity of the resistance response, that is, the increase or the decrease of the resistance by exposing to hydrogen, reverses depending on the bias voltage polarity. This reversal mechanism of the resistance response was analyzed from the electrical conduction properties and the depth profile of the oxygen tracer (18O) in the electric field-induced diffusion. The central mechanism is proposed to be the oxygen transfer reaction at the Pt/TiO2 interface, accompanied by the modulation of the positively charged-oxygen vacancy concentration, thus the resistance between the two terminals. It is also proposed that the proton hinders the transfer reaction at the interface; and hence, the resistance increases by exposing to hydrogen with biasing the positive voltage to the Pt tip electrode. The application of this reversal of the resistance response for separating hydrogen and ethanol in the trace gas sensing is discussed, which is quite limited for a conventional semiconductor gas sensor.
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