Sensor ultrasensible de NO2 a temperatura ambiente basado en WS2 modificado con un co-catalizador de Fe-Ni

 

Para asegurar la protección de la salud, es muy importante poder detectar gases tóxicos con rapidez y alta sensibilidad a temperatura ambiente. En particular el dióxido de nitrógeno (NO2) es un gas corrosivo que amenaza tanto la ecología del medio ambiente como a la salud humana. Se ha determinado que cuando la concentración de NO2 en la atmósfera excede 40 a 60 ppb*  resulta dañino para la salud. Hasta ahora, los materiales para construir sensores han mostrado una respuesta pobre a la temperatura ambiente.

La investigación de los dicalcogenuros de metales de transición (TMD por sus siglas del inglés transition metal dicalcogenides) ha generado mucho interés en el campo de los sensores de gases, sobre todo porque pueden operar a temperatura ambiente y tienen potencial hacia un menor consumo de energía. En particular, el WS2 se presenta como un candidato ideal para la detección de gases a temperatura ambiente porque exhibe una alta movilidad electrónica, eficiente respuesta fotoeléctrica, excepcional estabilidad térmica y resistencia a la oxidación. Se ha reportado que el rendimiento de los TDM se mejora considerablemente con la adición de metales como Pt. Además, si se modifican con compuestos bimetálicos se observa una reducción en la energía de activación de las reacciones del sensor con el gas por el proceso co-catalítico, lo que disminuye la temperatura de operación y aumenta los tiempos de respuesta y recuperación. 

En este trabajo, investigadores de China propusieron un método de síntesis directa para la preparación de un sensor de gas basado en WS2 co-dopado con Fe y Ni. Los resultados demuestran que los sensores basados en la heteroestructura, Fe-Ni@WS2, exhiben una respuesta al NO2 significativamente mayor, a temperatura ambiente, comparada con la respuesta de sensores a base de WS2 puro. El composito Fe-Ni@WS2 se sintetizó aplicando el método hidrotermal de un solo paso. La morfología, estructura y las propiedades fisicoquímicas de los materiales fueron caracterizadas por diferentes técnicas analíticas como SEM, TEM, XRD y XPS entre otras.

Los resultados de esta investigación indican un enfoque eficaz para el diseño racional de sitios activos en el proceso de fabricación de sensores de gas de alto rendimiento basados en TMD modificados con compuestos bimetálicos.

*ppb = 1 parte por billón estadounidense, o sea, 1/109 0.001 ppm

Más información en: Applied Surface Science