Фундаментальное материаловедение

Влияние морфологии рабочего электрода на характеристики H2S-сенсора
Дедюлин С.Н. 1 , Левченко А.В. 2
аспирант 1 , к.х.н. 2
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия 1
Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Россия 2
E-mail: sergun@email.ru
Разработка сенсоров для определения низких концентраций сероводорода
является актуальной задачей в связи с токсичностью и высокой химической
активностью выбросов H2S в результате различных техногенных и биогенных
процессов. Нами была разработана электрохимическая система, способная быстро и
селективно изменять свою ЭДС в присутствие сероводорода как в газовой, так и в
жидкой фазах. Она представляет собой потенциометрическую, электрохимическую
ячейку NaxWO3 / Na + -SE / PbS, где NaxWO3 – электрод сравнения, Na + -SE – натрийпроводящий
твердый электролит, PbS – рабочий электрод.
Целью данной работы было исследование влияния технологии нанесения
рабочего электрода и его морфологии на быстродействие сенсора сероводорода.
Сравнение сенсорных характеристик проводилось для следующих трех типов
рабочих электродов: пленочные электроды PbS, прессованные порошкообразные
электроды PbS и композитные электроды. Пленочные электроды PbS наносились на
поверхность твердого электролита с помощью химического осаждения из раствора.
Размер кубических кристаллитов в получаемых тонких пленках варьировали с помощью
изменения температуры и времени осаждения. Композитные электроды представляли
собой механическую смесь твердого электролита с сульфидом свинца.
Наилучшими характеристиками обладают сенсоры с пленочными рабочими
электродами PbS, время релаксации для которых составляет 10 - 60 секунд. При этом
наблюдается корреляция времени релаксации с размером кристаллитов сульфида свинца
в пленке. Зависимость ЭДС от концентрации сероводорода может быть описана
линейным уравнением в интервале концентраций от 3 до 100 ppm при 25 О С. К
недостаткам данного типа сенсоров следует отнести более низкую стабильность отклика
во времени по сравнению с прессованным порошкообразным электродом PbS и
композитным электродом.
Исследование поведения сенсорной системы с “распределенным” рабочим
электродом показало, что время релаксации для нее ниже, чем при использовании
прессованного порошкообразного электрода сульфида свинца, однако все же заметно
выше, чем в случае использования “нанесенного” рабочего электрода.
Концентрационная зависимость ЭДС для данного типа сенсоров имеет S – образный
характер. К достоинствам данной сенсорной системы следует отнести достаточно
высокую воспроизводимость результатов: погрешность измерений не превышала 10 %.