Изучение замещения лантана стронцием в ферритах лантана для газочувствительных сенсоров методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением

Разработан подход к совместному определению La, Fe и Sr в растворах и суспензиях композитов (La, Sr)FeO₃ методом РФА ПВО для изучения влияния замещения лантана стронцием на сенсорные свойства ферритов лантана. В качестве внутреннего стандарта для определения элементов использовали раствор галлия с концентрацией 50 мг/л. Правильность полученных результатов подтверждали для растворов образцов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП АЭС). Согласно полученным данным не отмечено межэлементных влияний для La, Fe и Sr при совместном присутствии в растворах. Воспроизводимость результатов определения (S_r) методом РФА ПВО составила 0,04, 0,05, 0,06 для La, Fe и Sr соответственно. Полученные воспроизводимые результаты для суспензий связаны с малым размером частиц (15 – 17 нм) и равномерным распределением внутреннего стандарта в аликвоте при выбранном способе пробоподготовки. Установлено, что все образцы имеют единственную фазу, соответствующую чистому ферриту лантана с орторомбической кристаллической решеткой (ICDD 37-1493). Отсутствие посторонних рефлексов на дифрактограмме свидетельствует об успешном внедрении катионов Sr²⁺ в позиции La³⁺. Показано, что введение стронция в состав феррита лантана позволило повысить чувствительность материалов к CO, NH₃, метанолу и ацетону, а также снизить оптимальную рабочую температуру сенсора на 50 – 150 °C. При этом самые лучшие сенсорные свойства проявляют нановолокна феррита лантана с минимальной концентрацией, введенного Sr (0,01 % ат.). При этом отсутствие чувствительности материалов к метану и бензолу обусловлено большей стабильностью этих молекул по отношению к кислотно-основным активным поверхностным центрам La_{1 – x}Me_xFeO₃.

1. Song P., Zhang H., Han D., et al. Preparation of biomorphic porous LaFeO3 by sorghum straw biotemplate method and its acetone sensing properties / Sens. Actuators, B. 2014. Vol. 196. P. 140 – 146. DOI: 10.1016/j.snb.2014.02.006

2. Alharbi A., Sackmann A., et al. A highly selective sensor to acetylene and ethylene based on LaFeO3 / Sens. Actuators, B. 2020. Vol. 303. 127204. DOI: 10.1016/j.snb.2019.127204

3. Hu J., Chen X., Zhang Y. Batch fabrication of formaldehyde sensors based on LaFeO3 thin film with ppb-level detection limit / Sens. Actuators, B. 2021. Vol. 349. 130738. DOI: 10.1016/j.snb.2021.130738

4. Hao P., Qu G.-M., Song P., et al. Synthesis of Ba-doped porous LaFeO3 microspheres with perovskite structure for rapid detection of ethanol gas / Rare Met. 2021. Vol. 40. P. 1651 – 1661. DOI: 10.1007/s12598-020-01672-2

5. Zhu L., Wang J., Liu J., et al. Designing highly sensitive formaldehyde sensors via A-site cation defciency in LaFeO3 hollow nanofbers / Appl. Surf. Sci. 2022. Vol. 590. 153085. DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.153085

6. Aranthady Ch., Jangid T., Gupta K., et al. Selective SO2 detection at low concentration by Ca substituted LaFeO3 chemiresistive gas sensor: A comparative study of LaFeO3 pellet vs thin film / Sens. Actuators, B. 2021. Vol. 329. 129211. DOI: 10.1016/j.snb.2020.129211

7. Dash S., Mojumder S., Das T., et al. Highly sensitive and selective rGO-LaFeO3 nanocomposite based formaldehyde sensors towards air quality monitoring / Chemosphere. 2024. Vol. 367. 143499. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.143499

8. Fu B., Bi L., Lin J., et al. Low-temperature detection and excellent selectivity of ethanol using LaFeO3 gas sensors with dual regulation of doping and non-stoichiometry / J. Alloys Compd. 2025. Vol. 1013. 178590. DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.178590

9. Takalkar G., Bhosale R. R., AlMomani F., et al. Thermochemical splitting of CO2 using solution combustion LaMO3 (M = Co, Fe, Mn, Ni, Al, Cr, Sr) / Appl. Surf. Sci. 2020. Vol. 509. 144908. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144908

10. Shikha P., Kang T. S., Randhawa B. S. Effect of different synthetic routes on the structural, morphological and magnetic properties of Ce doped LaFeO3 nanoparticles / J. Alloys Compd. 2015. Vol. 625. P. 336 – 345. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.11.074

11. Gluchowski P., Oganisian K., Tomala R., et al. Optical, dielectric and magnetic properties of La1 – xNdxFeO3 powders and ceramics / Ceramics. 2019. Vol. 2. P. 1 – 12. DOI: 10.3390/ceramics2010001

12. Doshi J., Reneker D. Electrospinning process and applications of electrospun fibers / J. Electrost. 1995. Vol. 35. P. 151 – 160. DOI: 10.1016/0304-3886(95)00041-8

13. Samanta P., Bagchi S., Mishra S. Synthesis and Sensing Characterization of ZnO Nanofibers Prepared by Electrospinning / Mater. Today: Proc. 2015. Vol. 2. P. 4499 – 4502. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.10.061

14. Kim J.-H., Mirzaei A., Kim H. W., Kim S. S. Synthesis and Sensing Characterization of ZnO Nanofibers Prepared by Electrospinning / Sens. Actuators, B. 2019. Vol. 284. P. 628 – 637. DOI: 10.1016/j.snb.2018.12.120

15. Laia T.-Y., Fang T.-H., Hsiao Y.-J., Chan Ch.-A. Characteristics of Au-doped SnO2 – ZnO heteronanostructures for gas sensing applications / Vacuum. 2019. Vol. 166. P. 155 – 161. DOI: 10.1016/j.vacuum.2019.04.061

16. Wang T., Xu J., Li F., et al. Perovskite-structured LaFeO3 gas sensor modified by polyoxometalate electron acceptor with high sensitivity and low detection limit for acetone gas / J. Rare Earths. 2024. DOI: 10.1016/j.jre.2024.11.006

17. Bohlen A., Fernández-Ruiz R. Experimental evidence of matrix effects in total-reflection X-ray fluorescence analysis: Coke case. / Talanta. 2020. Vol. 209. 120562. DOI: 10.1016/j.talanta.2019.120562

18. Allegretta I., Gattullo C. E., Renna M., et al. Rapid multi-element characterization of microgreens via total-reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectrometry / Food Chem. 2019. Vol. 296. P. 86 – 93. DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.05.187

19. Pashkova G. V., Aisueva T. S., Finkelshtein A. L., et al. Quantitative approaches to the determination of elements in lake sediments by total reflection X-ray fluorescence / Microchem. J. 2018. Vol. 143. P. 264 – 271. DOI: 10.1016/j.microc.2018.08.020

20. Allegretta I., Giannelli R., Grisorio R., et al. Chemical analysis of cesium lead-halide perovskite nanocrystals by total-reflection X-ray fluorescence spectroscopy / Spectrochim. Acta, Part B. 2020. Vol. 164. 105750. DOI: 10.1016/j.sab.2019.105750

21. Samoilova A. A., Petrakova N. V., Andreeva N. A., et al. Quantification of Calcium, Phosphorus, and Cerium in Novel Biocompatible Materials by Total Reflection X-Ray Fluorescence Spectroscopy / Inorg. Mater. 2024. Vol. 60. P. 33 – 37. DOI: 10.1134/S0020168524700055

22. Filatova D. G., Bogdanova A. P., Krivetskiy V. V., et al. Quantification of Si Dopant in β-Ga2O3-Based Semiconductor Gas Sensors by Total Reflection X-Ray Fluorescence Spectroscopy (TXRF) / Inorg. Mater. 2023. Vol. 59. P. 1433 – 1436. DOI: 10.1134/S0020168523140066

23. Dhara S., Misra N. L. Elemental characterization of nuclear materials using total reflection X-ray fluorescence spectrometry / TrAC: Trends Anal. Chem. 2019. Vol. 116. P. 31 – 43. DOI: 10.1016/j.trac.2019.04.017

24. Villoria J. A., Alvarez-Galvan M. C., Navarro R. M., et al. Zirconia-supported LaCoO3 catalysts for hydrogen production by oxidative reforming of diesel: Optimization of preparation conditions / Catalysis Today. 2008. Vol. 138. P. 135 – 140. DOI: 10.1016/j.cattod.2008.06.016

25. Zhilicheva A. N., Pashkova G. V., Karkhova A. V., et al. Determination of S, Ni, Cu in cooper-nickel sulfide ores by total reflection X-ray fluorescence analysis: experience of participation in the interlaboratory comparisons / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 7. P. 8 – 16. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-7-8-16