Investigación

 

Thermally assisted NO₂ and NH₃ gas desorption process in a polyaniline thin film based optochemical sensor

 

J. Elizalde–Torresª, Hailin Hu^b,*, A. Guadarrama–Santanaª, A. García–Valenzuelaª, and J.M. Sanigerª

 

ª Centro de Investigación en Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, UN AM, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, Coyoacán, México D.F. 04510, México.

^b Centro de Investigación en Energía, UNAM, Av. Xochicalco S/N, Temixco, 62580, Morelos, México.

 

*. Corresponding author:
e–mail: hzh@cie.unam.mx

 

Recibido el 10 de septiembre de 2007
Aceptado el 4 de septiembre de 2008

 

Abstract

NO₂ gas is a strong electron acceptor that can oxidize the chemically deposited semiconductor polyaniline (PANI) at room temperature under atmospheric pressure. Since each redox state of this polymer is associated with a specific electronic structure, an oxidized PANI thin film undergoes a color change that can be detected in a sensitive optochemical sensor. But the strongly absorbed NO₂ molecules cannot be removed at room temperature from the polymer material during the purging process with a dried N₂ gas flux. We report in this work that a heating element can be integrated into the optochemical sensor to elevate the sensing sample temperature during the desorption process. At temperatures higher than 50° C, the optical signal of the NO₂ absorbed PANI samples starts to return to its original value during the purging process, suggesting the desorption of the NO₂ species from the PANI samples. The higher the heating temperature, the greater the activation energy for desorption, and consequently the faster the desorption speed. Similar results are also obtained for the NH₃ desorption process occurring in the same polymer.

Keywords: Polyaniline thin films; NO₂ desorption process; activation energy for desorption; optochemical sensors.

 

Resumen

El gas NO₂ es un fuerte aceptor de electrón que puede oxidar la película de polianilina (PANI) depositada químicamente a temperatura ambiente bajo presión atmosférica. Como cada estado de redox de este polímero está asociado con una estructura electrónica específica, el proceso de absorción de NO₂ que ocurre en una película de PANI puede detectarse fácilmente por el cambio de su color en un sensor optoquímico. Sin embargo, se ha observado que las moléculas absorbidas de NO₂ en PANI no se pueden remover fácilmente durante el proceso de purgación con un flujo seco de N₂ a temperatura ambiente. En este trabajo se reporta que se pudo integrar un elemento de calentamiento dentro del sensor óptico para elevar la temperatura de la muestra de sensado durante el proceso de desorción. Se conoce que a temperaturas mayores que 50° C, la señal óptica de las muestras de PANI con moléculas de NO₂ absorbidas empieza a regresar a su valor inicial durante el proceso de purgación, lo cual indica que las especies de NO₂ están dejando a la película de PANI. Mientras más alta la temperatura de calentamiento, mayor será la energía de activación para la deserción, y consecuentemente más rápida será la velocidad de deserción. Resultados similares también se han obtenido con el proceso de adsorción–desorción de moléculas de NH₃ en el mismo polímero.

Descriptores: Películas delgadas de polianilina; proceso de desorción de NO₂; energía de activación para deserción; sensores optoquímicos.

 

PACS: 71.20.Rv; 73.61.Ph; 78.40.Me; 78.66.Qn; 82.35.Cd

 

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Acknowledgements

The authors wish to thank Mr. Martín Briseño for his technical assistance in the fabrication of the heating element. This work was financed by the Proyecto Universitario de Nanotecnología (IMPULSA), UNAM and CONACyT–México (42794).

 

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