Perovskite oxide nanoparticles (NPs) functionalized SnO2 fiber-in-tubes (FITs) were easily fabricated by electrospinning and subsequent calcination. Here, $La_{0.75}Sr_{0.25}Cr_{0.5}Mn_{0.5}O_{3-\delta}$ (LSCM) perovskite oxide NPs were selected as catalysts for chemi-resistive gas sensors. After the calcination of as-spun nanofibers with fast ramping rate, LSCM NPs were tightly immobilized on $SnO_2$ FITs, which have large surface area and high porosity that are essential for chemi-resistive gas sensors. In addition, LSCM NPs, which have numerous surface oxygen adsorbed on the oxygen vacancies induced by cation substitution, can act as catalysts, providing surface oxygen to the surface of $SnO_2$ FITs at optimized sensing temperature (400 $\circ C$). From these structural and catalytic effect, LSCM NPs loaded $SnO_2$ FITs (LSCM@$SnO_2$ FITs) exhibited remarkable response (Rair/Rgas = 26.50 to 5 ppm) and excellent selectivity toward formaldehyde among various interfering analytes. Furthermore, the detection capability of formaldehyde of LSCM@$SnO_2$ FITs can be applied to real-time monitoring of indoor air quality.
산업 사회가 발전함에 따라, 극미량의 유해 기체를 선택적으로 감지하는 가스 센서의 개발이 요구되고 있다. 금속산화물 기반 가스 센서는 가격이 저렴하고 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 감도와 기체 선택성, 낮은 감지 한계 등이 아직까지 문제점으로 남아있다. 이를 해결하기 위해 비표면적이 넓은 나노구조체의 도입과, 가스와의 표면 화학반응을 촉진시킬 수 있는 촉매 물질의 개발이 이루어지고 있다. 본 학위논문에서는 전기방사 기법을 이용하여 합성한 다공성의 1차원 금속산화물 나노 섬유에 페롭스카이트 입자를 촉매 물질로 도입하였다. 페롭스카이트 입자는 고온에서 표면 흡착 산소를 금속산화물로 제공하여 기체와의 표면 화학반응을 촉진시킨다. 이러한 페롭스카이트의 촉매 활동에 의해, 합성된 감지 소재는 포름알데히드 기체에 대해 높은 감도와 선택성, 우수한 감지 한계 특성을 나타낸다. 본 학위논문에서는 페롭스카이트 내부 양이온 치환을 통한 흡착 산소 증가가 촉매 성능에 미치는 영향에 대해 구체적으로 분석하여, 금속산화물 기반 가스 센서의 새로운 촉매 물질 도입에 대한 가능성을 제시한다.
