ETD

• electrochemistry
• gas leak
• gas sensor
• hydrogen
• MOS sensor
• safety

In modern society, gases play a strategic role across key sectors such as energy, industry, environmental monitoring, and healthcare. Despite their advantages - high reactivity, ease of mixing, purification, and transport - gases present significant safety risks. Many are toxic (e.g., H2S, Cl2, NOx), flammable or explosive (e.g., CH4, LPG, acetylene, H2), or both (e.g., CO). Because most gases are colourless, odourless, and tasteless, accidental leaks are difficult to detect and may cause severe accidents if not promptly identified. Reliable detection systems are therefore essential. Gas sensors provide an effective solution for monitoring hazardous, asphyxiant, or polluting gases in industrial, environmental, and public health contexts. However, emerging global challenges-such as greenhouse gas reduction, energy transition, and stricter environmental regulations-have increased the demand for more selective, stable, durable, and cost-effective devices. This doctoral thesis aims to overcome key limitations of current gas sensors, including poor selectivity, limited stability, and short lifetimes, through the development of innovative materials and alternative fabrication methods, focusing on metal oxide semiconductor chemoresistive and electrochemical sensor technologies.

Nella società moderna, i gas svolgono un ruolo strategico in settori chiave come energia, industria, monitoraggio ambientale e sanità. Nonostante i loro vantaggi – elevata reattività, facilità di miscelazione, purificazione e trasporto – i gas presentano significativi rischi per la sicurezza. Molti sono tossici (H₂S, Cl₂, NOx), infiammabili (CH₄, GPL, acetilene, H₂), o entrambe le cose (ad es. CO). Poiché la maggior parte dei gas è incolore, inodore e insapore, eventuali perdite accidentali sono difficili da individuare e possono causare gravi incidenti se non vengono rilevate tempestivamente. Sistemi di rilevazione affidabili sono quindi essenziali. I sensori di gas rappresentano una soluzione efficace per il monitoraggio di gas pericolosi, asfissianti o inquinanti in ambito industriale, ambientale e di salute pubblica. Tuttavia, le nuove sfide globali – come la riduzione dei gas serra, la transizione energetica e normative ambientali sempre più stringenti – hanno aumentato la richiesta di dispositivi più selettivi, stabili, durevoli ed economicamente sostenibili. Questa tesi di dottorato mira a superare alcune delle principali limitazioni degli attuali sensori di gas, tra cui scarsa selettività, stabilità limitata e breve durata operativa, attraverso lo sviluppo di materiali innovativi e metodi di fabbricazione alternativi, con particolare attenzione alle tecnologie di sensori MOS chemoresistivi ed elettrochimici.