Адсорбция и каталитическое окисление метана сенсорами на основе легированного платиной оксида индия

Abstract

Механизм взаимодействия метана с поверхностью оксида индия легированного платиной исследован методами дифференциально сканирующей калориметрии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показан существенный вклад сорбционных процессов в формирование выходного сигнала сенсора при рабочих температурах ниже 370 °C для легированных сенсоров Pt/In2O3 и температурах ниже 500 °C для сенсоров на основе In2O3. При температурах выше граничных, сигнал сенсора обусловлен каталитическим окислением метана. Легирование платиной (0.5 вес.%) уменьшает рабочую температуру сенсора на 80 °C. Формирующиеся при этом кластеры PtxIny оказывают существенное влияние на каталитические свойства In2O3. Разработанные сенсоры обладают высокой чувствительностью, малым разбросом рабочих параметров и низкой потребляемой мощностью наряду с простой технологией изготовления.

Механізм взаємодії метану с поверхнею оксиду індію, легованого платиною, був досліджений методами диференціальної скануючої калориметрії та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Був показаний значний внесок сорбціонних процесів у формування вихідного сигналу сенсора при робочих температурах нижче за 370 °C для легованих сенсорів Pt/In2O3 та температурах нижче за 500 °C для сенсорів на базі In2O3. При температурах, що вищі за граничні, сигнал сенсору обумовлений каталітичним окисненням метану. Легування платиною (0.5 ваг.%) зменшує робочу температуру сенсора на 80 °C. Кластери PtxIny, що формуються при цьому, мають значний вплив на каталітичні властивості In2O3. Розроблені сенсори мають високу чутливість, малий діапазон робочих параметрів та низьку споживану потужність разом в простою технологією виготовлення.

Differential scanning calorimetry and X-ray photoelectron spectroscopy were used to investigate the mechanism of methane interaction with platinum-doped indium oxide surface. It was shown that sorption processes have a significant impact on the sensor response at the operating temperatures below 370 °C for doped Pt/In2O3 and below 500 °C for In2O3-based sensors. Above the critical temperatures the sensor response is dominated by the catalytic oxidation of methane. The operating temperature of sensors was decreased on 80 °C by doping of the material with Pt 0.5 wt.%. Thus formed PtxIny clusters have a significant effect on the In2O3 catalytic properties. The developed sensors demonstrated high sensitivity, small operating parameters range, and low consuming power together with simple production technology.