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dc.contributor.authorPalma, João Victor Nascimento de
dc.date.accessioned2024-08-08T12:32:42Z
dc.date.available2024-08-08T12:32:42Z
dc.date.issued2024-05-21
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20317
dc.description.abstractTungsten trioxide (WO3) is an n-type wide bandgap semiconductor that has been widely studied due to its properties, being used in the generation of electricity “water splitting”, catalysis, gas sensors, among others. Traditionally, gas sensors require relatively high heating temperatures (>150°C) for surface/gas reactions to be activated. Some studies report that photostimulation can be an efficient strategy to replace thermal activation. Despite promising results, the high recombination rate of photogenerated charge carriers has been one of the disadvantages of photostimulated gas sensors. Therefore, in this work we aimed to synthesize nanostructures of W1−xMnxO3 (0.0 ≤ x ≤ 3.0%; WMO) using the polymeric precursor method to be applied as photostimulated gas sensors. The samples were characterized by different techniques, such as thermogravimetric analysis, differential thermal analysis, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, and scanning electron microscopy. Furthermore, electrical measurements were carried out on samples from the WMO system in the absence and presence of gas, and the effect of photostimulation on the sensing properties was also evaluated. Xray diffraction (XRD) measurements revealed the crystallization of the pure WO3 sample for thermal treatments carried out above 450°C, presenting the monoclinic structure of WO3. Furthermore, XRD measurements, Raman spectroscopy and XANES spectroscopy indicated that the addition of Mn ions did not modify the crystalline structure of WO3, however, the presence of a secondary phase, MnWO4, was identified. Scanning electron microscopy analyzes confirmed the nanometric nature of the WMO samples, with particle size increasing as a function of Mn content, i.e., from 102 nm to 370 nm. X-ray photoelectron spectroscopy measurements allowed identifying the presence of Mn2+ in all samples, in addition to indicating the increase in oxygen deficiency in samples with the concentration of Mn. Regarding the electrical characterization of the samples, the measurements showed that the WMO samples were photosensitive to UV, besides they exhibited typical varistor behavior. The evaluation of the sensor performance of the WMO samples showed that they were all sensitive to oxidizing gases (O3 and NO2) at room temperature and under photostimulation. Regarding the influence of Mn ions, the measurements revealed that the samples exhibited a good detection range for NO2 gas (100 to 1000 ppb), and good selectivity for reducing gases (CO and NH3). Moreover, the addition of Mn ions caused an increase in the sensing response to NO2 gas, which was attributed to the good separation of photogenerated charge carriers due to the presence of the MnWO4 secondary phase.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectÓxidos semicondutorespor
dc.subjectSíntese químicapor
dc.subjectWO3por
dc.subjectManganêspor
dc.subjectPropriedade estruturalpor
dc.subjectSensor resistivo de gáspor
dc.subjectFotoestimulaçãopor
dc.subjectSemiconductor oxideseng
dc.subjectChemical synthesiseng
dc.subjectManganeseeng
dc.subjectStructural propertieseng
dc.subjectResistive gas sensoreng
dc.subjectPhotostimulationeng
dc.titlePropriedades microestruturais e elétricas de nanoestruturas de WO3 puras e dopadas com Mnpor
dc.title.alternativeMicrostructural and electrical properties of pure and Mn doped WO3 Nanostructureseng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Silva, Luís Fernando da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7422167106177474por
dc.contributor.advisor-co1Avansi Jr, Waldir
dc.description.resumoO composto trióxido de tungstênio (WO3) é um semicondutor de gap largo do tipo-n que tem se destacado devido suas propriedades, sendo empregado na geração de energia elétrica ”water splitting”, catálise, sensores de gás, entre outras. Tradicionalmente, os sensores de gás necessitam ser aquecidos (> 150°C) para que as reações entre superfície/gás sejam ativadas. Alguns trabalhos na literatura reportam que a fotoestimulação pode ser uma estratégia eficiente para substituir a ativação térmica. Apesar dos resultados promissores, a alta taxa de recombinação dos portadores de carga fotogerados tem sido umas das desvantagens dos sensores de gás fotoestimulados. Desta forma, este trabalho teve como objetivo a síntese de nanoestruturas do sistema W1−xMnxO3 (0,0 ≤ x ≤ 3,0%; WMO) pelo método dos precursores poliméricos para serem aplicados como sensores de gás fotoestimulados. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas, tais como análise termogravimétrica, análise térmica diferencial, difração de raios X, espectroscopia de fotoelétrons de raios X, espectroscopia de absorção de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Além disso, medidas elétricas foram realizadas nas amostras do sistema WMO na ausência e presença de gás, sendo também avaliado o efeito da fotoestimulação sobre as propriedades sensoras. As medidas de difração de raios X (DRX) revelaram a cristalização da amostra pura para tratamentos térmicos realizados acima de 450°C, sendo encontrada a fase monoclínica do WO3. Além disso, medidas de DRX, espectroscopia Raman e espectroscopia XANES indicaram que a adição de íons de Mn não modificou a estrutura cristalina do composto WO3, no entanto, foi identificada a presença da fase secundária MnWO4. Análises de microscopia eletrônica de varredura confirmaram a natureza nanométrica das amostras de WMO, com o aumento do tamanho das partículas em função do conteúdo de Mn, i.e., de 102 nm a 370 nm. Medidas de espectroscopia de fotoelétrons de raios X permitiram identificar a presença de Mn2+ em todas as amostras, além de indicar o aumento da deficiência de oxigênio nas amostras com a concentração de Mn. No que tange a caracterização elétrica das amostras, as medidas mostraram que as amostras de WMO foram fotossensíveis ao UV, além de exibirem comportamento típico varistor. A avaliação do desempenho sensor das amostras de WMO mostrou que todas foram sensíveis à gases oxidantes (O3, e NO2) quando operadas a temperatura ambiente e sob fotoestimulação. Em relação a influência dos íons de Mn, as medidas revelaram que as amostras exibiram um bom intervalo de detecção para o gás NO2 (100 a 1000 ppb), além de exibir uma boa seletividade a gases redutores (CO, e NH3). Adicionalmente, a adição de Mn favoreceu o aumento da resposta sensora ao gás NO2, o qual foi atribuído a boa separação dos portadores de carga fotogerados devido a presença da fase secundária MnWO4.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERALpor
dc.description.sponsorshipIdProcesso No. 88887.667095/2022-00por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8435251985198338por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-2727-4664por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-6257-5537por


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