Бөлме температурасында CO, CH4 және NO2 бақылауға арналған полианилин негізіндегі газға сезімтал сенсорлар
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(2)107-121Кілт сөздер:
газға сезімтал сенсорлар, полианилин, газ мониторингі, азот диоксиді (NO₂), көміртек оксиді (CO), метан (CH₄)Аңдатпа
Бұл жұмыс жану, наноматериалдар және функционалдық көміртекті жүйелер саласындағы жетекші маман, нанотехнология, энергетика және экология тоғысындағы пәнаралық зерттеулердің дамуына елеулі үлес қосқан профессор Бахытжан Тастанович Лесбаевтың 60 жылдық мерейтойына арналған. Индустрияның қарқынды дамуы және көмірсутекті отынды пайдалану көлемінің артуы жағдайында толық емес жану кезінде бөлінетін улы газдарды бақылауға арналған тиімді сенсорлық материалдарды әзірлеу өзекті мәселеге айналып отыр. Көмірсутекті отынның толық жанбауы нәтижесінде түзілетін ең қауіпті қосылыстар қатарына көміртек тотығы (CO), метан (CH4) және азот диоксиді (NO2) жатады. Бұл қосылыстар жоғары уыттылығымен ерекшеленеді: көміртек тотығы гипоксияға әкеледі, метан парниктік әсерді күшейтеді, ал азот диоксиді тыныс алу жолдарын тітіркендіріп, фотохимиялық тұмандардың түзілуіне қатысады. Сонымен қатар, бұл газдар озон мен ұсақ дисперсті аэрозольдер сияқты екінші реттік ластаушы заттардың түзілуіне ықпал етеді. Аталған жұмыста бөлме температурасында көрсетілген газдарды селективті анықтай алатын газсезгіш материал ретінде полимерленген полианилиннің (ПАНи) әлеуеті зерттелді. Химиялық тотықтырып полимерлеу әдісімен алынған ПАНи сезгіш қабатына қалпына келтіргіш және тотықтырғыш газдардың әсері кезінде алынған эксперименттік деректер ұсынылған. Өзара әрекеттесу механизмдері, соның ішінде допирлеу, заряд тасымалдау және морфологиялық параметрлердің сенсорлық жауапқа әсері талданды. Сенсордың сезімталдығына, селективтілігіне, қайталанғыштығына және тұрақтылығына әсер ететін негізгі факторлар анықталды. Алынған нәтижелер полианилиннің тиімді газсезгіш материал ретіндегі жоғары тиімділігін көрсетіп, оны зиянды шығарындыларды барынша азайтуға бағытталған экологиялық мониторинг пен жану үдерістерін оңтайландыруға арналған икемді, энергия үнемдейтін сенсорлық платформалар құрамында қолданудың негізділігін дәлелдейді.
Әдебиеттер тізімі
(1) A. Kobald, U. Weimar, N. Barsan, Towards Understanding Temperature Modulated Smox Gas Sensor Arrays for Outdoor Air Quality Applications, Sensors and Actuators B: Chemical 440 (2025) 137879. Crossref
(2) K. Kohse-Höinghaus, Combustion, chemistry, and carbon neutrality, Chem. Rev. 123 (2023) 5139–5219. Crossref
(3) S. Dhall, B.R. Mehta, A.K. Tyagi, K. Sood, A review on environmental gas sensors: Materials and technologies, Sens. Int. 2 (2021) 100116. Crossref
(4) В.Я. Штерн, Механизм окисления углеводородов в газовой фазе, М., Изд-во АН СССР, 1960, 302 с.
(5) H. Böhm, D. Hesse, H. Jander, B. Lüers, J. Pietscher, H.G.G. Wagner, M. Weiss, The influence of pressure and temperature on soot formation in premixed flames, Symp. (Int.) Combust. 22 (1989) 403–411. Crossref
(6) М. Nazhipkyzy, Z. Mansurov, Super hydrophobic materials and coatings: overview, Combust. Plasma Chem. 18 (2020) 163–189. Crossref
(7) Z.A. Mansurov, N.G. Prikhodko, A.V. Savelev, Obrazovanie PTSU, fullerene, uglerodnykh nanotrubok i sazi v protsessakh goreniya, Алматы, КазНУ, 2012, 383 с.
(8) Z.A. Mansurov, Obtaining nanomaterials in combustion processes, Combust. Explos. Shock Waves 48 (2012) 561–569. Crossref
(9) Z.A. Mansurov, N.G. Prikhodko, M. Auyelkhankyzy, B.T. Lesbayev, M. Nazhipkyzy, Synthesis of single and few layer graphenes in flames, Proceeding of the European Combustion, 2015.
(10) Z.A. Mansurov, Soot formation, Almaty, Kazak University, 2015, 167 p.
(11) Q. Wu, Z. Ding, W. Zhang, Research progress on electrochemical gas sensors for fire detection, Int. J. Electrochem. Sci. (2025) 101043. Crossref
(12) P. Chesler, C. Hornoiu, MOX-based resistive gas sensors with different types of sensitive materials (powders, pellets, films), used in environmental chemistry, Chemosensors 11 (2023) 95. Crossref
(13) X. Liu, W. Zheng, R. Kumar, M. Kumar, J. Zhang, Conducting polymer-based nanostructures for gas sensors, Coord. Chem. Rev. 462 (2022) 214517. Crossref
(14) M.A. Farea, H.Y. Mohammed, S.M. Shirsat, P.W. Sayyad, N.N. Ingle, T. Al-Gahouari, M.D. Shirsat, Hazardous gases sensors based on conducting polymer composites, Chem. Phys. Lett. 776 (2021) 138703. Crossref
(15) C.S. Park, D.Y. Kim, E.Y. Jung, H.J. Jang, G.T. Bae, J.Y. Kim, H.S. Tae, Ultrafast room temperature synthesis of porous polythiophene via atmospheric pressure plasma polymerization technique and its application to NO₂ gas sensors, Polymers 13 (2021) 1783. Crossref
(16) H. Sustkova, J. Voves, Modeling a multiple-chain emeraldine gas sensor for NH₃ and NO₂ detection, Beilstein J. Nanotechnol. 13 (2022) 721–729. Crossref
(17) J. Kroutil, A. Laposa, V. Povolny, L. Klimsa, M. Husak, Gas sensor with different morphology of PANI layer, Sensors 23 (2023) 1106. Crossref
(18) C.H. Srinivas, D. Srinivasu, B. Kavitha, N. Narsimlu, K.S. Kumar, Synthesis and characterization of nano size conducting polyaniline, IOSR J. Appl. Phys. 1 (2012) 12–15. Crossref
(19) J. Kroutil, A. Laposa, A. Ahmad, J. Voves, V. Povolny, L. Klimsa, M. Husak, A chemiresistive sensor array based on polyaniline nanocomposites and machine learning classification, Beilstein J. Nanotechnol. 13 (2022) 411–423. Crossref
(20) M. Kumar, S. Sharma, R. Pal, B. Vidhani, A novel gas sensor based on activated charcoal and polyaniline composites for selective sensing of methanol vapors, Sens. Actuators A Phys. 353 (2023) 114210. Crossref
(21) S. Abdulla, T.L. Mathew, B. Pullithadathil, Highly sensitive, room temperature gas sensor based on polyaniline-multiwalled carbon nanotubes (PANI/MWCNTs) nanocomposite for trace-level ammonia detection, Sens. Actuators B Chem. 221 (2015) 1523–1534. Crossref
(22) S. Navazani, A. Shokuhfar, M. Hassanisadi, A. Di Carlo, N. Shahcheraghi, Fabrication and characterization of a sensitive, room temperature methane sensor based on SnO₂@reduced graphene oxide-polyaniline ternary nanohybrid, Mater. Sci. Semicond. Process. 88 (2018) 139–147. Crossref
(23) R. Kashyap, R. Kumar, M. Kumar, S. Tyagi, D. Kumar, Polyaniline nanofibers based gas sensor for detection of volatile organic compounds at room temperature, Mater. Res. Express 6 (2019) 1150d3. Crossref
(24) G. Gaikwad, P. Patil, D. Patil, J. Naik, Synthesis and evaluation of gas sensing properties of PANI based graphene oxide nanocomposites, Mater. Sci. Eng. B 218 (2017) 14–22. Crossref
(25) X. Tian, X. Cui, Y. Xiao, T. Chen, X. Xiao, Y. Wang, Pt/MoS₂/polyaniline nanocomposite as a highly effective room temperature flexible gas sensor for ammonia detection, ACS Appl. Mater. Interfaces 15 (2023) 9604–9617. Crossref
(26) D. Han, Y. Wang, Y. Wang, Q. Duan, D. Li, Y. Ge, S. Sang, Machine-learning-assisted n-GaN-Au/PANI gas sensor array for intelligent and ultra-accurate ammonia recognition, Chem. Eng. J. 495 (2024) 153705. Crossref
(27) Q. Feng, H. Zhang, Y. Shi, X. Yu, G. Lan, Preparation and gas sensing properties of PANI/SnO₂ hybrid material, Polymers 13 (2021) 1360. Crossref
(28) R. Kumar, H. Rahman, S. Ranwa, A. Kumar, G. Kumar, Development of cost effective metal oxide semiconductor based gas sensor over flexible chitosan/PVP blended polymeric substrate, Carbohydr. Polym. 239 (2020) 116213. Crossref
(29) C.M. Masemola, N. Moloto, Z. Tetana, L.Z. Linganiso, T.E. Motaung, E.C. Linganiso-Dziike, Advances in polyaniline-based composites for room-temperature chemiresistor gas sensors, Processes 13 (2025) 401. Crossref
(30) S. Budi, A. Juliana, U. Cahyana, A. Purwanto, A. Imaduddin, E. Handoko, Preparation of high surface area and high conductivity polyaniline nanoparticles using chemical oxidation polymerization technique, J. Phys.: Conf. Ser. 983 (2018) 012162. Crossref
(31) Q. Sun, M.C. Park, Y. Deng, Studies on one-dimensional polyaniline (PANI) nanostructures and the morphological evolution, Mater. Chem. Phys. 110 (2008) 276–279. Crossref
(32) J. Wang, J. Wang, Z. Yang, Z. Wang, F. Zhang, S. Wang, A novel strategy for the synthesis of polyaniline nanostructures with controlled morphology, React. Funct. Polym. 68 (2008) 1435–1440. Crossref
(33) Z.A. Boeva, V.G. Sergeyev, Polyaniline: synthesis, properties, and application, Polym. Sci. Ser. C 56 (2014) 144–153. Crossref
(34) W. Wang, Vapor phase infiltration (VPI) and doping of conducting polymers, Diss., Univ. País Vasco, 2017.
(35) Y. Wanna, N. Srisukhumbowornchai, A. Tuantranont, A. Wisitsoraat, N. Thavarungkul, P. Singjai, The effect of carbon nanotube dispersion on CO gas sensing characteristics of polyaniline gas sensor, J. Nanosci. Nanotechnol. 6 (2006) 3893–3896. Crossref
(36) J. Huang, S. Virji, B.H. Weiller, R.B. Kaner, Polyaniline nanofibers: facile synthesis and chemical sensors, J. Am. Chem. Soc. 125 (2003) 314–315. Crossref
(37) M.C. Bernard, A. Hugot-Le Goff, Raman spectroscopy for the study of polyaniline, Synth. Met. 85 (1997) 1145–1146. Crossref
(38) M.C. Bernard, A. Hugot-Le Goff, Quantitative characterization of polyaniline films using Raman spectroscopy: I: Polaron lattice and bipolaron, Electrochim. Acta 52 (2006) 595–603. Crossref
(39) R. Mažeikienė, G. Niaura, A. Malinauskas, A comparative multiwavelength Raman spectroelectrochemical study of polyaniline: a review, J. Solid State Electrochem. 23 (2019) 1631–1640. Crossref
(40) A.A. Jabor, A.M. Farhan, A.H.K. Elttayef, A.A. Jabor, Preparation poly 4-bromoaniline thin films by electro deposition technique for hydrogen gas sensor, J. Phys.: Conf. Ser. 1032 (2018) 012063. Crossref
(41) S.Z. Mohammadabadi, A.R. Zanganeh, Electrochemically generated recognition sites in self‐doped polyaniline modified electrodes for voltammetric and potentiometric determination of copper (II) ion, Electroanalysis 30 (2018) 415–425. Crossref
(42) A. Roy, A. Ray, P. Sadhukhan, K. Naskar, G. Lal, R. Bhar, S. Das, Polyaniline-multiwalled carbon nanotube (PANI-MWCNT): room temperature resistive carbon monoxide (CO) sensor, Synth. Met. 245 (2018) 182–189. Crossref
(43) R.K. Sonker, B.C. Yadav, G.I. Dzhardimalieva, Preparation and properties of nanostructured PANI thin film and its application as low temperature NO₂ sensor, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 26 (2016) 1428–1433. Crossref
(44) A. Umar, A.A. Ibrahim, H. Algadi, H. Albargi, M.A. Alsairi, Y. Wang, S. Akbar, Enhanced NO₂ gas sensor device based on supramolecularly assembled polyaniline/silver oxide/graphene oxide composites, Ceram. Int. 47 (2021) 25696–25707. Crossref
(45) S. Nasresfahani, Z. Zargarpour, M.H. Sheikhi, S.N. Ana, Improvement of the carbon monoxide gas sensing properties of polyaniline in the presence of gold nanoparticles at room temperature, Synth. Met. 265 (2020) 116404. Crossref
(46) S. Jain, N. Karmakar, A. Shah, N.G. Shimpi, Development of Ni doped ZnO/polyaniline nanocomposites as high response room temperature NO₂ sensor, Mater. Sci. Eng. B 247 (2019) 114381. Crossref
(47) X.B. Yan, Z.J. Han, Y. Yang, B.K. Tay, NO₂ gas sensing with polyaniline nanofibers synthesized by a facile aqueous/organic interfacial polymerization, Sens. Actuators B 123 (2007) 107–113. Crossref
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Дәйексөзді қалай келтіруге болады
