Preparación y empleo de nanopartículas de alpha-Fe 2O3 como sensores para la detección de propano

Preparation and application of sensors based on a-Fe2O3 nanoparticles for detection of propane

Se prepararon sensores basados en nanopartículas de óxido de hierro (α-Fe₂O₃) dopados con Pd (con cargas metálicas nominales de 0,25 al 1,5% p). La caracterización de los mismos se realizó mediante las técnicas XRD, TEM y adsorción de N₂. Los difractogramas XRD revelaron la presencia mayoritaria de la fase α-hematita en todos los sensores. La introducción del Pd como dopante no afectó la estructura cristalina de partida del óxido de Fe. A través de las microfotografías TEM se evaluó el tamaño medio de las partículas que se encontró entre 30 y 70 nm. Para la evaluación de la sensibilidad de los sensores se trabajó en un intervalo de concentraciones de propano entre 20 a 80 ppm y con temperaturas entre 242 y 377ºC.

En todos los casos, la sensibilidad de los sensores aumentó en presencia de mayor concentración de propano. El sensor dopado con 0,5%p de Pd presentó la mayor sensibilidad, la cual fue relacionada con la formación de la fase α-hematita, el efecto sinérgico del Pd, la mayor magnitud de superficie específica y un tamaño adecuado de las nanopartículas.

Introducción

Uno de los materiales semiconductores más investigados en la actualidad para el diseño de sensores en fase gas es el óxido de hierro en su fase α-hematita, ya que este material posee propiedades  conductoras  y  magnéticas,  por las cuales ha recibido gran aplicación científica y tecnológica como sensor de gases, catalizador, intercambiador iónico y como material aditivo en baterías iónicas de  litio. Algunas investigaciones han mostrado que el dopaje con algunos metales nobles como Au, Pt o Pd mejora las  propiedades  como  sensor del óxido de hierro por la influencia cooperativa del metal dopante con la α-hematita por efectos químicos y electrónicos, que se refleja en una mejora de la sensibilidad obtenida y reducción de las temperaturas de operación.

El estudio de un gran número de óxidos semiconductores incluyendo al óxido de hierro, permitió establecer que la respuesta eléctrica de estos a la presencia de trazas de gases reactivos en aire es un fenómeno común que no tiene carácter selectivo. En este sentido, nuevas ideas han sido desarrolladas para lograr la necesaria selectividad de los materiales ya existentes como por ejemplo: i) Desarrollo de nuevas tecnologías que permitan obtener materiales altamente sensibles para la detección del gas. ii) Estudio del efecto de la variación de la composición química superficial sobre el funcionamiento del sensor.