Разработан новый высокочувствительный газовый сенсор для промышленности и медицины: Химия и науки о материалах

Схема синтеза двумерного оксида олова и величина сенсорного отклика при детектировании водорода разной концентрации

© Алексей Михайлов и Андрей Добровольский

Международный коллектив ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Еврейского Университета в Иерусалиме разработали новый простой способ синтеза диоксида олова без примеси хлорид-ионов. Такой материал обладает высокой чувствительностью к низким концентрациям водорода даже в условиях повышенной влажности (до 50%), что весьма перспективно для дальнейшей разработки новых газовых сенсоров с улучшенными характеристиками для нефтехимической промышленности, атомной энергетики и медицины. Разработка поможет предотвратить утечки и возможные взрывы водорода на промышленных объектах. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.

Водород является перспективным альтернативным источником энергии. Главные преимущества водорода как энергоносителя – высокая энергоемкость, доступность и отсутствие вредных выбросов в атмосферу. Однако его применение в качестве энергоносителя затруднено из-за высокой воспламеняемости и взрывоопасности, поскольку газ способен проникать сквозь твердые поверхности, и не каждая металлическая оболочка защищает от утечки. Поэтому необходимо оснащать промышленные предприятия высокочувствительными датчиками водорода и других горючих газов.

Ученые из России и Израиля разработали высокочувствительный к водороду в низких концентрациях сенсорный материал на основе двумерного оксида олова (2D-SnO2), полученный методом осаждения золя пероксостанната аммония на оксид графена с последующим отжигом. Исследование прокомментировал старший научный сотрудник Лаборатории пероксидных соединений и материалов на их основе ИОНХ РАН, кандидат химических наук Алексей Михайлов: «В работе мы показали, что синтез диоксида олова из тетрахлорида через промежуточную стадию образования золя пероксостанната аммония, содержащего атомы олова с координированными гидроксидными и гидропероксидными группами, позволяет получать диоксид олова, не содержащий хлорид-ионов, которые неконтролируемо влияют на его функциональные свойства. Кроме того, использование пероксидсодержащего золя в сочетании с гидрофильными подложками (например, оксидом графена) позволяет управлять морфологией частиц конечных материалов. В частности, предложенный подход обеспечивает формирование равномерного покрытия частиц пероксостанната аммония на поверхности оксида графена. В ходе термической обработки такого материала на воздухе частицы оксида графена сгорают, а пероксостаннат аммония разлагается с образованием кристаллического диоксида олова, при этом сохраняется двумерная морфология материала и высокая удельная поверхность».

По словам авторов, полученный данным методом двумерный диоксид олова продемонстрировал значительно более высокую чувствительность к водороду по сравнению с материалом, полученным классическим методом осаждения из тетрахлорида олова водным раствором аммиака. Кроме того, полученный двумерный диоксид олова показал значительно лучший сенсорный отклик на водород во влажном воздухе, что является еще одним преимуществом пероксидного метода синтеза и расширяет круг условий, в которых возможно применение этого материала. Например, не только для обнаружения утечек водорода в промышленности, но и для медицинского применения, в частности, для детектирования газа в выдыхаемом воздухе, как биомаркера некоторых заболеваний. В дальнейшем авторы планируют продолжить исследования по применению пероксидных систем для синтеза функциональных материалов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-13-00426-П).

Источник: indicator.ru