Sensores de gás nanoestruturados para CO (g) : coisa “céria”

Abstract

Devido à problemática das intoxicações com monóxido de carbono ser responsável pelo maior tipo de envenenamento do século 21, objetivou-se a produção de materiais nanoestruturados a base de céria, pura e dopada com lantânio (La 3+ ), através do método hidrotermal assistido por micro-ondas com posterior deposição na forma de filmes, para caracterização como dispositivos sensores na detecção de atmosfera de CO, por meio da técnica de sonda de duas pontas. O método de síntese empregado foi eficaz na produção de nanopartículas, com dimensões inferiores a 10 nm, apresentando elevada cristalinidade, caracterizada por um ordenamento periódico a curta e longas distâncias, além da ausência de fases secundárias, comprovadas pelas caracterizações realizadas por difratometria de raios-X (DRX), bem como pelas técnicas de espectroscopias Raman, Infravermelho, Ultravioleta- Visível ou ainda por Ressonância Paramagnética de Elétrons. Os filmes depositados apresentaram uma resposta frente ao gás CO extremamente rápida e seletiva, com tempos de resposta em 54, 12, 5.5 e 2 s para as amostras pura e dopadas com lantânio em 4, 8 e 12%, respectivamente. Além da resposta elétrica, os filmes apresentaram ainda uma resposta óptica, com destaque para a amostra com 8%, a qual muda de cor em menos de 1s, a 380 °C sob pressão de 5 mmHg de CO, tornando-se promissores sensores de gás com resposta dupla (óptica e elétrica).

Due to the intoxication from carbon monoxide poisoning being responsible for the biggest type of poisoning in the 21st century, this work aimed to develop pure and lanthanum-doped nanostructured ceria-based materials using the microwave assisted hydrothermal (MAH) method with late deposition as films for the characterization as gas sensor devices for CO detection through the two-wire technique. The employed synthesis method proved to be effective in the production of nanoparticles with dimensions below 10 nm, presenting high cristallinity, characterized by a short and long-range order, besides the absence of secondary phases, depicted in the performed characterizations by means of x-rays diffratometry, as well as Raman, FT-IR, UV-Vis and EPR spectroscopies. The as-deposited films showed an extremely rapid and selective response when exposed to CO, with response times of 54, 12, 5.5 and 2 s for pure, 4, 8 and 12% lanthanum-doped samples, respectively. Besides the electrical response, the films showed an optical response, highlighting the sample with 8%, which changes its color in less than 1 s, at 380 °C under a pressure of 5 mmHg of CO, becoming promising dual gas sensors (optical and electric).