THIN FILMS OF TIN DIOXIDE DOPED WITH PLATINUM AND PALLADIUM AND USED AS GAS SENSORS: IN-SITU ANALYSIS OF THE CORRELATION BETWEEN THE ELECTRICAL REPLY AND THE BEHAVIOUR OF THE METALLIC AGGREGATES.

FILMS MINCES DE SNO2 (DIOXYDE D'ETAIN) DOPES AU PLATINE OU AU PALLADIUM ET UTILISES POUR LA DETECTION DES GAZ POLLUANTS : ANALYSES IN-SITU DES CORRELATIONS ENTRE LA REPONSE ELECTRIQUE ET LE COMPORTEMENT DES AGREGATS METALLIQUES

Mounir Gaidi (1)

1 LMGP - Laboratoire des matériaux et du génie physique

We have analyzed the role played in the sensing processes, by Pt and Pd metallic aggregates dispersed in SnO2 thin films used for the detection of various reducing gases such as CO, H2S or NOx. X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) analysis has allowed us to follow in situ the evolution of the oxidation state of platinum aggregates. When they are incorporated in a very weak quantity, platinum particles change in a reversible manner, their oxidation state, according to the nature of the atmosphere. The oxidation state of particles depend strongly on their size (0,5 - 4,5 nm): under CO the smallest ones change from fully oxidized to a reduced state where Pt -O bondings have been removed and replaced by Pt-C. From the analysis of the electrical conductance evolution under controlled atmosphere, it has been possible to correlate the electrical reply under CO with the platinum reduction rate. An electronic interaction metal-SnO2 is shown to be at the origin of the conductance peak observed at low temperature. A comparative study of the electrical replies between SnO2 thin films doped with Pt or Pd, in the presence of CO, H2 and H2S, has allowed us to propose a model describing the mechanisms of the detection process involved in each case.

Nous avons analysé le rôle joué dans les processus de détection, par des agrégats métalliques de Pt et de Pd dispersés dans des films minces de SnO2 destinés à la détection des gaz polluants réducteurs comme le CO, H2S ou NOx. L'évolution de l'état d'oxydation des agrégats de platine a été suivie par Spectroscopie d'Absorption X (XAS) in situ. Lorsqu'elles sont incorporées en quantité très faible, les particules de platine changent, d'une façon réversible, leur état d'oxydation, selon la nature de l'atmosphère environnante. L'état d'oxydation des particules dépend fortement de leur taille, (entre 0,5 et 4,5 nm) les plus petites passant d'un état complètement oxydé à un état fortement réduit -les liaisons Pt - O laissant place à des Pt - C lorsque les films sont en présence de CO. L'évolution de la conductance électrique lorsque les films sont mis en présence de CO a été corrélée à la rapidité de la réaction du réduction de platine. Une interaction électronique métal-SnO2 est à l'origine du pic de conductance observé à basse température. Une étude comparative des réponses électriques des couches platinées et dopées palladium, en présence de CO, H2 et H2S, a permis de proposer différents mécanismes de détection relatifs à chacun des gaz étudiés.

Mots clés: Tin dioxide; Gas sensors; Platinum; Palladium; In-situ X-ray Absorption Spectroscopy (XAS); Electrical conductance; Reducing gas (CO; H2S).

Mots clés: Dioxyde d'étain; capteur de pollution; Platine; Palladuim; Spectroscopie d'absorption X in-situ (XAS); Conductance électrique; gaz reducteur CO; H2; H2S)

Domaines: Matériaux; Matière Condensée [cond-mat]; Physique [physics]

Mounir Gaidi. FILMS MINCES DE SNO2 (DIOXYDE D'ETAIN) DOPES AU PLATINE OU AU PALLADIUM ET UTILISES POUR LA DETECTION DES GAZ POLLUANTS : ANALYSES IN-SITU DES CORRELATIONS ENTRE LA REPONSE ELECTRIQUE ET LE COMPORTEMENT DES AGREGATS METALLIQUES. Matériaux. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010787v2⟩