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Tin Oxide Gas Sensors: An Electrochemical Approach

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Universitat de Barcelona. Departament de Química Física

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[spa] En la actualidad existe una preocupación creciente en lo concerniente a los problemas medioambientales provocados por la actividad humana y en cómo estos problemas pueden afectar a nuestra salud. Uno de los problemas medioambientales más acuciantes es la creciente presencia de gases contaminantes en la atmósfera, y la investigación en este campo trata de determinar tanto las especies que son perjudiciales como las concentraciones a partir de las cuales son nocivas. Por lo que a este último punto se refiere, las legislaciones medioambientales son cada vez más restrictivas respecto a las concentraciones máximas permitidas, por lo que se necesitan materiales capaces de detectar concentraciones de gases contaminantes cada vez más pequeñas. Y no tan sólo eso sino que, además, sean de coste moderado para permitir un uso particular de ellos. Es en este contexto en el que se enmarca esta tesis, que trata del estudio de nuevos materiales que permitan la detección de gases nocivos como el monóxido de carbono o el metano a bajas concentraciones y a un coste menor que los actuales materiales, permitiendo la comercialización de estos detectores a escala masiva. Uno de los materiales más estudiado por lo que a este tipo de materiales se refiere es el SnO2. Para optimizar la detección de este tipo de gases por parte de este material, uno de los procesos cruciales consiste en la adición de pequeñas cantidades de metales. Esta adición y, por tanto, las características de estos materiales como detectores de gases depende del método usado. En este trabajo se estudia un nuevo método de adición de metales sobre SnO2 basado en una reacción electroquímica espontánea que añade estos metales en forma de partículas nanométricas sobre este material, lo que constituye una característica fundamental para optimizar la detección de gases. El método constituye, por tanto, una interesante alternativa a otros métodos usados en la actualidad, con el importante añadido de ser un método de bajo coste y fácilmente implementable a escala industrial. Por otro lado, en este trabajo también se ha empezado el estudio electroquímico de las reacciones de oxidación y reducción del estaño. El objetivo final de este estudio es la formación electroquímica de una capa de SnO2 de propiedades perfectamente controlables de manera que, al poner esta capa en contacto con un cierto gas, se pueda medir la influencia del gas en estas propiedades y, por tanto, desarrollar sensores electroquímicos de gases. Más aún, lo que se pretende es estudiar en condiciones realistas los mecanismos de intercambio electrónico implicados en la detección de gases para entender estos procesos. Es por ello que se ha empezado el estudio electroquímico del monocristal de Sn (100) y, como primer paso de este estudio, se ha desarrollado un proceso químico de preparación de la superficie de este monocristal que también se puede aplicar al policristal de estaño. Este proceso mejora sensiblemente los procesos usados hasta la fecha ya que disminuye considerablemente la contaminación en la superficie y, además, es capaz, en el caso del monocristal, de preparar superfies atómicamente planas siendo, por su sencillez y resultados, un método ideal para preparar estas superficies y efectuar estudios mecanísticos en este sistema.

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Tesis Doctorals - Departament - Química Física

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Tin Oxide Gas Sensors: An Electrochemical Approach