Un artículo publicado en la revista Nano Express proporciona una investigación exhaustiva de la mejor estructura de nanotubos de carbono (CNT) para Pt NPs/CNTs/Gr H2 sensores
Estudio: Investigación del papel de los CNT en sensores H2 de nanopartículas de platino/CNT/grafeno nanohíbridos. Crédito: Shawn Hempel/Shutterstock.com
Las películas se revelaron utilizando componentes CNT con diámetros que van desde 1 nm para CNT de pared simple (SWCNT) hasta 2 nm para CNT de pared doble (DWCNT) y 10-30 nm para CNT de pared múltiple (MWCNT).
H basado en CNT2 sensores
Los CNT son marcos hexagonales de átomos de carbono con diámetros que van desde 1 nm hasta 100 micrones. En términos simples, un CNT es una lámina de grafeno enrollada en forma cilíndrica. Los SWCNT consisten en una capa de cilindro de grafeno, mientras que los MWCNT consisten en múltiples capas.
Debido a sus propiedades intrínsecas, como pequeñas dimensiones, excelente resistencia, notable conductividad térmica y eléctrica y una gran área específica para la adsorción y desorción de moléculas gaseosas, los CNT tienen el potencial de revolucionar la industria de sensores.
Los SWCNT nativos no pueden formar buenas interacciones electrónicas con la mayoría de las moléculas de gas; por lo tanto, no muestran alta sensibilidad a H2 moléculas. Para eludir esta limitación, los CNT se pueden funcionalizar con nanopartículas catalíticas compuestas de un material apropiado como paladio (Pd), platino (Pt), plata (Ag) y oro (Au).
Se ha demostrado que la decoración de CNT con nanoestructuras de metal de platino catalítico es eficaz para la mejora de H2 Rendimiento del sensor considerando H más grande2 Quimisorción molecular y posterior ruptura de los enlaces HH. En última instancia, esto disminuye la función de trabajo del platino, lo que lleva al transporte de carga desde el hidrógeno hasta los CNT.
Rendimiento mejorado en H basado en CNT2 Se han descrito sensores que utilizan nanopartículas (NP) de Pt catalíticas; sin embargo, mejora adicional de la sensibilidad a través de la optimización del diseño del H2 El sensor es esencial.
Significado de las gráficas en H2 sensores
El grafeno tiene una excelente movilidad de carga en condiciones ambientales. De ahí su uso en H2 Los sensores aumentan significativamente la transferencia de carga al conducir señales desde CNT de pared simple a electrodos a través del grafeno. Esto elimina la necesidad de utilizar numerosas uniones CNT-CNT con electrodos. Al ser de naturaleza semimetálica, el grafeno hace contacto óhmico con paladio, oro y otros electrodos típicos.
una h2 Sensor compuesto por una capa de CNT, un electrodo tridimensional con una heteroestructura de grafeno impresa con NP catalíticas de platino (Pt-NPs/CNTs/Gr), combina las ventajas de un área de detección relativamente grande y una excelente movilidad de carga gracias al CNT/Grafeno electrodo tridimensional y el comportamiento catalítico de nanopartículas de platino.
Al comparar Pt-NP/SWCNT/Gr H2 Se ha observado que los sensores que no contienen grafeno aumentan la sensibilidad al hidrógeno en más del 50 %. Esta mejora significativa subraya el valor de la ingeniería de vías de señalización en electrodos tridimensionales de CNT/grafeno.
CNT de pared simple frente a CNT de pared doble y de pared múltiple
Se eligieron los CNT de pared simple porque tienen la relación de aspecto más alta de cualquier CNT de longitud similar, lo que da como resultado el área de detección efectiva máxima posible.
Sin embargo, los SWCNT tienden a agruparse con un diámetro promedio de 10 nm, lo que reduce significativamente el área superficial de las capas SWCNT.
Las uniones Schottky están presentes en las uniones inter-SWCNT entre dos tipos de SWCNT y pueden facilitar la transferencia de carga en H basado en SWCNT2 sensores
Estas desventajas indican que es posible que los CNT de pared simple no puedan alcanzar el rango de detección óptimo y pueden mostrar una transferencia de carga deficiente. Ambos parámetros son cruciales para un H de alto rendimiento.2 sensores
La banda prohibida de CNT varía inversamente con su diámetro. Por lo tanto, se espera que los CNT de mayor diámetro, como los DWCNT y los MWCNT, muestren una mejor conductividad eléctrica.
A medida que aumenta el diámetro de CNT, el problema de la agrupación de CNT también se vuelve menos importante debido a las relaciones de aspecto más bajas.
importancia de la investigacion
El Pt NPs/CNT/grafeno nanohíbrido H2 Los sensores necesitan un área de detección efectiva grande y una conductividad excelente para lograr un alto rendimiento. Por lo tanto, una evaluación cuantitativa de la influencia del diámetro de CNT, así como la conducción eléctrica en la eficacia de H2 sensores es fundamental para lograr un H ideal2 diseño de sensores
Resultados del estudio
En este trabajo, el equipo concluyó que el Pt NPs/CNTs/Gr H2 El rendimiento del sensor es un compromiso entre el rango de detección efectivo y la conducción eléctrica. La elección de CNT tuvo un profundo impacto en H2 Reconocimiento.
la h más grande2 El rendimiento del sensor se logró mediante el uso de una lámina de CNT de paredes múltiples con un diámetro de CNT de 10 nm. Además, se encontró que la respuesta más alta a una concentración de hidrógeno del 10 % es de alrededor del 26 %.
En comparación con las láminas CNT de pared simple y CNT de pared doble, que se ven obstaculizadas por la agrupación de CNT, la lámina CNT de pared múltiple tiene un área de detección comparable, pero su conductividad eléctrica es mucho mejor. Estos resultados subrayan el papel crucial de la alta conductividad eléctrica de los CNT de pared múltiple para un transporte de carga eficiente.
Relación
Alamri M, Liu B, Berrie CL, Walsh M y Wu JZ (2022). Investigando el papel de los CNT en nanopartículas de Pt/CNT/nanohíbridos de grafeno H2 sensores nano expreso. Disponible en: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-959X/ac843d
