Ni-doped CuO sensors with controlled selectivity at high operating temperatures for hydrogen detection

Abstract

Gas sensors are of major importance in today's industrial, chemical, agricultural, energy and household fields, and their development for general consumer use is an area of growing interest. This study explores the development and hydrogen sensing performance of CuO nanostructures synthesized via a cost-effective chemical solution method. The nanostructures, composed of copper oxide granules uniformly coated with nickel nanoparticles, were deposited on a glass substrate and thermally treated using rapid thermal annealing (RTA) to minimize defects. The resulting sensors exhibited high hydrogen sensitivity, with responses of 60-70% at elevated temperatures of 300 °C and 350 °C. The uniform deposition of Ni on CuO played a critical role in enhancing both sensitivity and selectivity towards hydrogen gas, while minimizing interference from other gases such as acetone, methane, and ammonia. The sensor demonstrated rapid response and recovery times, further confirming its potential for efficient hydrogen gas detection. These findings suggest that CuO nanostructures offer a promising, cost-effective solution for hydrogen gas sensing applications, particularly in safety-critical environments where hydrogen leaks need to be rapidly detected.

Senzorii de gaz sunt de o importanță majoră în domeniile industrial, chimic, agricol, energetic și casnic de astăzi, iar dezvoltarea lor pentru uzul general al consumatorilor este un domeniu de interes crescând. Acest studiu explorează dezvoltarea și performanța de detectare a hidrogenului cu ajutorul nanostructurilor de CuO sintetizate printr-o metodă de soluție chimică rentabilă. Nanostructurile, compuse din granule de oxid de cupru acoperite uniform cu nanoparticule de nichel, au fost depuse pe un substrat de sticlă și tratate termic post-depunere folosind tratarea termică rapidă (RTA) pentru a reduce defectele cristalului. Senzorii rezultați au prezentat o sensibilitate ridicată la hidrogenul gazos, cu răspunsuri de 60-70% la temperaturi relativ ridicate de 300 °C și 350 °C. Depunerea uniformă de Ni pe CuO a jucat un rol esențial în creșterea atât a sensibilității, cât și a selectivității față de hidrogenul gazos, minimizând în același timp interferențele din partea altor gaze, cum ar fi acetona, metanul și amoniacul. Senzorul a demonstrat, de asemenea, timpi de răspuns și recuperare rapizi, confirmând în continuare potențialul său pentru detectarea eficientă a hidrogenului gazos. Aceste cercetări sugerează că nanostructurile de CuO dopate cu impurități oferă o soluție promițătoare și rentabilă pentru aplicațiile de detectare a hidrogenului, în special în medii critice pentru siguranță, unde scurgerile de gaz trebuie detectate rapid.