Porous, n–p type ultra-long, ZnO@Bi2O3 heterojunction nanorods - based NO2 gas sensor: new insights towards charge transport characteristics

文献情報

出版日 2020-03-04
DOI 10.1039/D0CP00567C
インパクトファクター 3.676
著者

Vishnuraj Ramakrishnan, Keerthi G. Nair, Jayaseelan Dhakshinamoorthy, K. R. Ravi, Biji Pullithadathil


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要旨

Herein, porous 1D n–p type ultra-long ZnO@Bi2O3 heterojunction nanorods have been synthesized by a solvothermal method and their complex charge transport characteristics pertaining to NO2 gas sensing properties have been investigated. The porous structure of the ZnO@Bi2O3 heterojunction nanorods assisted in achieving superior sensing properties compared to pristine ZnO nanorods. Temperature-dependent in situ electrical studies of the porous heterojunction nanorods explored the unique electron transport properties under different environments, which revealed the accumulation/depletion of electrons and charge carrier recombination leading to band bending at the metal oxide heterojunctions. The formation of electron depletion layers at n-ZnO/p-Bi2O3 interfaces is believed to increase the adsorption of oxidizing gas, resulting in a fast response time (10–12 s) and 10 times higher sensitivity than that of the ZnO nanorod-based sensor towards 500 ppb NO2. To study the structure–property correlation of the ultra-long ZnO@Bi2O3 heterojunction nanorods-based sensor, a crystallographic model supported by transmission electron microscopy analysis was adopted to understand the NO2 gas adsorption properties on the surface. The crystallographic model helps to visualize the dangling bonds and the ratio of metal to oxygen ions present at the exposed crystal planes. The results suggest that porous, ultralong n–p type ZnO@Bi2O3 heterojunction nanorods could be a promising candidate for a high performance NO2 sensor for real time applications.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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