Published August 1, 2021 | Version v1
Publication Metadata-only

Room temperature hydrogen sensing with polyaniline/SnO2/Pd nanocomposites

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Bhubaneswar
  • 2. Indian Institute of Technology Kanpur
  • 3. Central Salt and Marine Chemicals Research Institute
  • 4. Indian Institute of Technology Jodhpur

Description

In this work, we report unique hybrid composite film fabricated with the amalgamation of metal, semiconductor and polymers for hydrogen sensing application at room temperature. Fabrication of a novel nanocomposite film based on tin oxide (SnO2) nanosheets with polyaniline (PANI) doped with palladium (Pd) is performed using the hydrothermal synthesis technique. Functional aspects of the fabricated films are investigated with XRD, Raman spectra, FESEM, and FTIR spectral analysis. Interactions of the H2 gas molecules with SnO2, SnO2-Pd, PANI, PANI-SnO2, PANI-SnO2-Pd nanocomposite are also theoretically studied. Using first-principles density functional theory, the effects of gas adsorption on the electronic and transport properties of the sensor are examined. The computations show that the sensitivity of the SnO2 to the H2 gas molecules is considerably improved after hybridisation with Pd and, the sensitivity of the PANI to the H2gas molecules is considerably improved after hybridisation with SnO2.Gas sensing characteristics of fabricated films of SnO2, PANI and composite of SnO2/PANI/Pd are also experimentally investigated at room temperature with varying concentration level ranging from 50 to 400 ppm. The highest sensitivity among all the films at room temperature has been observed as ~540% for the SnO2/Pd film at 0.4% of the target gas and performance factor (the ratio of response percentage to total cycle time) is evaluated highest in Pd doped PANI-SnO2 film. Our results reveal the promising future of SnO2, PANI and Pd associated hybrid films in the development of ultra-high sensitive gas sensors.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذا العمل، نبلغ عن فيلم مركب هجين فريد مصنوع من دمج المعادن وأشباه الموصلات والبوليمرات لتطبيق استشعار الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة. يتم تصنيع فيلم مركب نانوي جديد يعتمد على صفائح نانوية من أكسيد القصدير (SnO2) مع بولي أنيلين (PANI) مخدر بالبلاديوم (PD) باستخدام تقنية التخليق الحراري المائي. يتم فحص الجوانب الوظيفية للأفلام المصنعة باستخدام التحليل الطيفي XRD وRAMAN SPECTRA وFESEM وFTIR. كما تمت دراسة تفاعلات جزيئات غاز H2 مع المركب النانوي SnO2 و SnO2 - Pd و PANI و PANI - SnO2 و PANI - SnO2 - Pd نظريًا. باستخدام النظرية الوظيفية لكثافة المبادئ الأولى، يتم فحص تأثيرات امتزاز الغاز على الخصائص الإلكترونية وخصائص النقل للمستشعر. تظهر الحسابات أن حساسية SnO2 لجزيئات غاز H2 قد تحسنت بشكل كبير بعد التهجين مع Pd وأن حساسية PANI لجزيئات غاز H2 قد تحسنت بشكل كبير بعد التهجين مع SnO2. كما يتم فحص خصائص استشعار الغاز للأفلام المصنعة من SnO2 و PANI ومركب SnO2/PANI/Pd تجريبيًا في درجة حرارة الغرفة بمستوى تركيز متفاوت يتراوح من 50 إلى 400 جزء في المليون. لوحظت أعلى حساسية بين جميع الأغشية في درجة حرارة الغرفة بنسبة 540 ٪ تقريبًا لفيلم SnO2/Pd عند 0.4 ٪ من الغاز المستهدف ويتم تقييم عامل الأداء (نسبة نسبة الاستجابة إلى إجمالي وقت الدورة) في فيلم PD Doped PANI - SnO2. تكشف نتائجنا عن المستقبل الواعد للأفلام الهجينة المرتبطة بـ SNO2 و PANI و PD في تطوير مستشعرات الغاز شديدة الحساسية.

Translated Description (French)

Dans ce travail, nous rapportons un film composite hybride unique fabriqué avec l'amalgamation de métal, de semi-conducteur et de polymères pour une application de détection d'hydrogène à température ambiante. La fabrication d'un nouveau film nanocomposite à base de nanofeuilles d'oxyde d'étain (SnO2) avec de la polyaniline (PANI) dopée au palladium (Pd) est réalisée en utilisant la technique de synthèse hydrothermale. Les aspects fonctionnels des films fabriqués sont étudiés par DRX, spectres Raman, FESEM et analyse spectrale IRTF. Les interactions des molécules de gaz H2 avec le nanocomposite SnO2, SnO2-Pd, PANI, PANI-SnO2, PANI-SnO2-Pd sont également théoriquement étudiées. En utilisant la théorie fonctionnelle de la densité des premiers principes, les effets de l'adsorption de gaz sur les propriétés électroniques et de transport du capteur sont examinés. Les calculs montrent que la sensibilité du SnO2 aux molécules de gaz H2 est considérablement améliorée après hybridation avec Pd et que la sensibilité du PANI aux molécules de gaz H2 est considérablement améliorée après hybridation avec SnO2. Les caractéristiques de détection de gaz des films fabriqués de SnO2, PANI et composite de SnO2/PANI/Pd sont également étudiées expérimentalement à température ambiante avec un niveau de concentration variant de 50 à 400 ppm. La sensibilité la plus élevée parmi tous les films à température ambiante a été observée à ~540 % pour le film SnO2/Pd à 0,4 % du gaz cible et le facteur de performance (le rapport du pourcentage de réponse au temps de cycle total) est évalué le plus haut dans le film PANI-SnO2 dopé au Pd. Nos résultats révèlent l'avenir prometteur des films hybrides associés à SnO2, PANI et Pd dans le développement de capteurs de gaz ultra-haute sensibilité.

Translated Description (Spanish)

En este trabajo, informamos sobre una película compuesta híbrida única fabricada con la amalgamación de metal, semiconductores y polímeros para la aplicación de detección de hidrógeno a temperatura ambiente. La fabricación de una nueva película de nanocompuesto a base de nanohojas de óxido de estaño (SnO2) con polianilina (PANI) dopada con paladio (Pd) se realiza mediante la técnica de síntesis hidrotérmica. Los aspectos funcionales de las películas fabricadas se investigan con XRD, espectros Raman, FESEM y análisis espectral FTIR. También se estudian teóricamente las interacciones de las moléculas de gas H2 con el nanocompuesto SnO2, SnO2-Pd, PANI, PANI-SnO2, PANI-SnO2-Pd. Utilizando la teoría funcional de densidad de primeros principios, se examinan los efectos de la adsorción de gas en las propiedades electrónicas y de transporte del sensor. Los cálculos muestran que la sensibilidad del SnO2 a las moléculas de gas H2 mejora considerablemente después de la hibridación con Pd y, la sensibilidad del PANI a las moléculas de gas H2 mejora considerablemente después de la hibridación con SnO2. Las características de detección de gas de las películas fabricadas de SnO2, PANI y compuesto de SnO2/PANI/Pd también se investigan experimentalmente a temperatura ambiente con un nivel de concentración variable que varía de 50 a 400 ppm. La sensibilidad más alta entre todas las películas a temperatura ambiente se ha observado como ~540% para la película de SnO2/Pd al 0.4% del gas objetivo y el factor de rendimiento (la relación del porcentaje de respuesta al tiempo de ciclo total) se evalúa más alto en la película de PANI-SnO2 dopada con Pd. Nuestros resultados revelan el prometedor futuro de las películas híbridas asociadas a SnO2, PANI y Pd en el desarrollo de sensores de gas de ultra alta sensibilidad.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استشعار الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة مع المركبات النانوية متعددة الأنيلين/SnO2/Pd
Translated title (French)
Détection d'hydrogène à température ambiante avec des nanocomposites polyaniline/SnO2/Pd
Translated title (Spanish)
Detección de hidrógeno a temperatura ambiente con nanocompuestos de polianilina/SnO2/Pd

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3157821811
DOI
10.1016/j.mne.2021.100086

Is supplement to
https://openalex.org/W4205288903 (Other)
https://openalex.org/W3171204145 (Other)
https://openalex.org/W2398718894 (Other)
https://openalex.org/W2178634551 (Other)
https://openalex.org/W2089797696 (Other)
https://openalex.org/W2049369858 (Other)
https://openalex.org/W2021099879 (Other)
https://openalex.org/W197853465 (Other)
https://openalex.org/W1971647196 (Other)
https://openalex.org/W1534441220 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1057583097
  • https://openalex.org/W1967722764
  • https://openalex.org/W1968449897
  • https://openalex.org/W1996293552
  • https://openalex.org/W2013139630
  • https://openalex.org/W2022487505
  • https://openalex.org/W2035759293
  • https://openalex.org/W2063575144
  • https://openalex.org/W2086082986
  • https://openalex.org/W2100274790
  • https://openalex.org/W2126090285
  • https://openalex.org/W2131495081
  • https://openalex.org/W2236944181
  • https://openalex.org/W2327796567
  • https://openalex.org/W2474321019
  • https://openalex.org/W2564283284
  • https://openalex.org/W2580303937
  • https://openalex.org/W2783902916
  • https://openalex.org/W2792257405
  • https://openalex.org/W2793411598
  • https://openalex.org/W2794225345
  • https://openalex.org/W2950584094
  • https://openalex.org/W2970376556
  • https://openalex.org/W2971397336
  • https://openalex.org/W3037195546
  • https://openalex.org/W3097447834
  • https://openalex.org/W3112187612