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Achieving One Part Per Billion Hydrogen Sulfide (H2S) Level Detection through Optimizing Composition and Crystallinity of Gold-Decorated Tungsten Trioxide (Au-WO3) Nanofibers
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-01-12 , DOI: 10.1021/acssensors.3c01979 Bingxin Yang 1 , Dung Thi Hanh To 1 , Emily Resendiz Mendoza 1 , Nosang V Myung 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-01-12 , DOI: 10.1021/acssensors.3c01979 Bingxin Yang 1 , Dung Thi Hanh To 1 , Emily Resendiz Mendoza 1 , Nosang V Myung 1
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As a common environmental pollutant and an important breath biomarker for several diseases, it is essential to develop a hydrogen sulfide gas sensor with a low-ppb level detection limit to prevent harmful gas exposure and allow early diagnoses of diseases in low-resource settings. Gold doped/decorated tungsten trioxide (Au-WO3) nanofibers with various compositions and crystallinities were synthesized to optimize H2S-sensing performance. Systematically experimental results demonstrated the ability to detect 1 ppb H2S with a response value (Rair/Rgas) of 2.01 using a 5 at % Au-WO3 nanofibers with average grain sizes of around 15 nm. Additionally, energy barrier difference of sensing materials in air and nitrogen (ΔEb) and power law exponent (n) were determined to be 0.36 eV and 0.7, respectively, at 450 °C indicating that O– is predominately ionic oxygen species and adsorption of O– significantly altered the Schottky barrier between the grain. Such quantitative analysis provides a comprehensive understanding of H2S detection mechanism.
中文翻译：
通过优化金饰三氧化钨 (Au-WO3) 纳米纤维的成分和结晶度，实现十亿分之一的硫化氢 (H2S) 水平检测
作为一种常见的环境污染物和多种疾病的重要呼吸生物标志物，有必要开发一种具有低ppb水平检测限的硫化氢气体传感器，以防止有害气体暴露并允许在资源匮乏的环境中早期诊断疾病。合成了具有不同成分和结晶度的金掺杂/装饰的三氧化钨 (Au-WO 3 ) 纳米纤维，以优化 H 2 S 传感性能。系统实验结果表明，使用平均晶粒尺寸约为15 nm 的5 at% Au-WO 3纳米纤维能够检测1 ppb H 2 S，响应值（ R空气/ R气体）为2.01。此外，在 450 °C 下，传感材料在空气和氮气中的能垒差 (Δ E b ) 和幂律指数 ( n ) 分别为 0.36 eV 和 0.7，表明 O –主要是离子氧物种和吸附O –显着改变了晶粒之间的肖特基势垒。这种定量分析提供了对H 2 S检测机制的全面理解。
更新日期：2024-01-12
中文翻译：
通过优化金饰三氧化钨 (Au-WO3) 纳米纤维的成分和结晶度，实现十亿分之一的硫化氢 (H2S) 水平检测
作为一种常见的环境污染物和多种疾病的重要呼吸生物标志物，有必要开发一种具有低ppb水平检测限的硫化氢气体传感器，以防止有害气体暴露并允许在资源匮乏的环境中早期诊断疾病。合成了具有不同成分和结晶度的金掺杂/装饰的三氧化钨 (Au-WO 3 ) 纳米纤维，以优化 H 2 S 传感性能。系统实验结果表明，使用平均晶粒尺寸约为15 nm 的5 at% Au-WO 3纳米纤维能够检测1 ppb H 2 S，响应值（ R空气/ R气体）为2.01。此外，在 450 °C 下，传感材料在空气和氮气中的能垒差 (Δ E b ) 和幂律指数 ( n ) 分别为 0.36 eV 和 0.7，表明 O –主要是离子氧物种和吸附O –显着改变了晶粒之间的肖特基势垒。这种定量分析提供了对H 2 S检测机制的全面理解。
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