Hig-sensitivity Detection of H2S by ZnO Nanowires
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde die höchstempfindliche H2S-Sensorik mit Zinkoxid-Nanodrähten im Hinblick auf einen potenziellen Einsatz in der medizinischen Atemgasanalyse umfassend untersucht. Durch erfolgreiches Anpassen der CVD-Wachstumsverfahren konnte die Morphologie der ZnO-Nanodrähte an die Anforderungen der H2S-Sensorik angepasst werden, wodurch die Sensorantwort grundlegend verbessert wurde. Durch den Einsatz von Metallkatalysatoren auf den M-Facetten der ZnO-Nanodrähte konnte die Sensorantwort um mehrere Größenordnungen gesteigert werden. Insbesondere Au- und Ag-Beschichtungen führten zu vielversprechenden Steigerungen der Empfindlichkeit für den Nachweis von H2S bei gleichzeitig hoher Selektivität. Dies ermöglichte einen reproduzierbaren selektiven Nachweis von H2S im niedrigen ppb-Bereich in synthetischer Atemluft bei RT. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Katalysatoren für die H2S-Sensorik mit ZnO-Nanodrähten in der medizinischen Atemgasanalyse. Die experimentell beobachtete Alterung der Metallkatalysatorschichten konnte durch den Einsatz von O3 teilweise rückgängig gemacht werden. Für Beschichtungen mit Au konnte mit dieser Methode die ursprüngliche Empfindlichkeit und Signalstärke wieder erreicht werden. Mit Hilfe von umfassenden XPS-Untersuchungen, sowie der Erweiterung des Projekts um die optische H2S-Sensorik mittels RT-Photolumineszenz, konnten vertiefte Einblicke in den Sensormechanismus von nichtfunktionalisierten und funktionalisierten ZnO-Nanodrähten gewonnen werden und die der Alterung zugrundliegenden Prozesse im Detail nachverfolgt werden.
Publications
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(2020); Highly Sensitive H2S Sensing with Gold and Platinum Surface-Modified ZnO Nanowire ChemFETs; Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings 60(1), 7
Kaiser, A., Ceja, E.T., Huber, F., Herr, U., Thonke, K.
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(2021); H2S sensing for breath analysis with Au functionalized ZnO nanowires; Nanotechnology 32(20), 205505
Kaiser, A., Ceja, E.T., Liu, Y., Huber, F., Müller, R., Herr, U., Thonke, K.
