Co3O4-ZnO heterostructure for microbial volatile organic compounds detection

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Santos, Gustavo Sanghikian Marques dos [UNESP]
• Orientador(a): Volanti, Diogo Paschoalini
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Inglês: semiconductors, gas sensor, p-n heterostructure, cobalt oxide, zinc oxide, 3-methyl-1-butanol.
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/250962

O foco desse trabalho foi sintetizar heteroestruturas p-n e n-p à base de Co3O4-ZnO e ZnO Co3O4, derivados de estruturas metal-orgânicas (metal-organic frameworks, MOF) para detectar moléculas voláteis produzidas por micro-organismos (ex.: fungos e bactérias). Entretanto, existem poucos estudos na detecção rápida e com limite de detecção baixo de compostos orgânicos voláteis produzidos por micro-organismos (microbial volatile organic compounds, MVOCs). O estudo foi composto pela avaliação do uso de heteroestruturas p-n e n-p em comparação com a estrutura pura do óxido de cobalto (Co3O4) para aprimorar a resposta, a seletividade e o tempo de resposta na detecção de MVOCs, principalmente para o 3-metil-1- butanol. Os sensores foram preparados a partir da degradação térmica em atmosfera comum das MOFs (ZIF-8/ZIF-67) preparadas previamente por um método hidrotérmico simples, utilizando dos sais Co(NO3)2.6H2O e Zn(NO3)2.6H2O e o ligante orgânico 2-metilimidazol em água deionizada. Os resultados de caracterização desses materiais demonstraram que as amostras não apresentaram impurezas ou surgimento de fases indesejadas. As respostas dos sensores foram avaliadas na faixa de 100 partes por milhão (100 ppm) dos MVOCs: 2- nonanona, etanol, 3-metil-1-butanol, acetona e acetato de etila, variando a temperatura de operação na faixa de 190-350 °C. A maior resposta de 14,6 foi para o 3-metil-1-butanol demonstrado pelo sensor heteroestruturado Co3O4-ZnO na temperatura ótima de 270 °C. Além disso, esse sensor apresentou um bom desempenho na detecteção do 3-metil-1-butanol com a presença de atmosfera úmida em diferentes faixas de umidade relativa controlada. Por fim, foi possível observar uma melhora significativa nas propriedades sensoras da heteroestrura p-n Co3O4-ZnO em comparação ao óxido puro de Co3O4.