​​

Вместе эти две добавки увеличивают чувствительность детектора к бензолу и этанолу более чем в четыре раза даже в условиях влажного воздуха. Такие сенсоры могут позволить обезопасить работников промышленных предприятий. Исследование российских ученых о взаимодополняющем эффекте диоксида кремния и золотых наночастиц на свойства газового сенсора из диоксида олова опубликовано в журнале Nanomaterials. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ). 


 
Чувствительный элемент газового сенсора из композита на основе диоксида олова и диоксида кремния лежит на подложке оксида алюминия с выводами из платиновой проволоки, измеряющими электропроводность (a) и поддерживающими стабильную температуру (b). 

Летучие органические соединения — распространенная группа загрязняющих веществ, к которой относятся практически все растворители, используемые в лабораторной практике, продукты нефтепеработки, компоненты лакокрасочных покрытий. Все из соединений этой группы в разной степени токсичны для человека. Так, отравление парами этанола приводит к затруднению дыхания, тошноте, головной боли и головокружению, что опасно в первую очередь для работников на промышленных предприятиях. При этом его пары могут взрываться при содержании в воздухе более 3%. Значительно более высокую токсичность имеет бензол, являющийся канцерогеном. Пары бензола также взрывоопасны при содержании более 1%. Поэтому бензол и этанол важно уметь детектировать как для мониторинга состояния окружающей среды, так и работы систем безопасности на предприятиях.

Среди химических газовых детекторов наиболее распространены сенсоры на основе оксидов металлов, например диоксида олова. Пары органических веществ на поверхности чувствительного слоя превращаются в углекислый газ, потому что материал может ускорять химические реакции (проявляет каталитические свойства). При этом электрическая проводимость последнего увеличивается, и специальное оборудование определяет по этому сигналу концентрацию газа. Но оптимальная температура работы таких сенсоров составляет около 300°С, что может вызывать разрушение электрических свойств прибора в процессе эксплуатации. При этом влажность окружающей среды дополнительно снижает чувствительность диоксида олова к газам. В новом исследовании ученые химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова при участии коллег из МГТУ имени Н. Э. Баумана и МГТУ «СТАНКИН» (Москва), а также коллег из Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН (Новосибирск) исследовали способности диоксида кремния и наночастиц золота влиять на чувствительность сенсора из диоксида олова в таких экстремальных условиях.

Чтобы получить материал для сенсора, ученые сначала создали композит из диоксида олова и диоксида кремния. Для этого они долго нагревали основу для материала в водной среде при высоком давлении, а затем полученный порошок композита смешали с коллоидным раствором наночастиц золота и нанесли на подложку из оксида алюминия. Исследователи сравнили сенсор такого состава с тремя другими: без наночастиц золота, без диоксида кремния и совсем без добавок. Сенсор и с наночастицами золота, и с диоксидом кремния проявляет стабильную высокую чувствительность к бензолу при 350°С и этанолу при 300°С с увеличением относительной влажности воздуха как минимум до 20 %. Более того, сигнал такого сенсора выше в 2 раза по сравнению с сенсором только с наночастицами золота и более чем в 4 раза по сравнению с сенсором из диоксида олова без добавок.

«Диоксид кремния в составе материала увеличивает количество дефектов в кристаллической структуре диоксида олова. Эти дефекты способствуют образованию на поверхности композита положительно заряженных атомов золота, у которых каталитическая активность в разы больше, — объясняет эффект руководитель проекта по гранту РНФ Марина Румянцева, доктор химических наук и профессор кафедры неорганической химии химического факультета МГУ. — Обновленный таким образом сенсор можно будет использовать для определения бензола в воздухе после необходимой аттестации».

Источники

Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в четыре раза
Газета.Ru, 12/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза
Российский научный фонд (rscf.ru), 12/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза
Поиск (poisknews.ru), 12/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в четыре раза
Gazeta-News (gazeta-news.ru), 12/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (msu.ru), 12/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в четыре раза
24ТОП.kz (24top.kz), 12/05/2020
Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния
Полит.ру, 13/05/2020
Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния
Perm Daily (permdaily.ru), 13/05/2020
Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза
Российский научный фонд (рнф.рф), 13/05/2020
Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния
Newspotok.ru, 13/05/2020
Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния
News-Life (news-life.pro), 13/05/2020
Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния
Newstes.ru, 13/05/2020
"Чувствительность газовых сенсоров повысили с помощью наночастиц золота и диоксида кремния"
Ivest.kz, 13/05/2020

Похожие новости

  • 21/10/2020

    ИК СО РАН и МИСиС создали совместную лабораторию

    ​В НИТУ «МИСиС» создана научно-исследовательская лаборатория MISIS Catalysis Lab, созданная совместно с Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск). Основное направление деятельности — решение практических задач в области химического синтеза, промышленного катализа и аддитивных технологий.
    839
  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    1885
  • 01/09/2020

    Недостающее звено в отечественном катализе: рассказывает замиректора ИК СО РАН Вадим Яковлев

    Центр коллективного пользования «Опытное производство катализаторов» на базе Института катализа СО РАН станет местом, где будут развивать широкий спектр новых каталитических технологий, отрабатывать их у себя до опытного и опытно-промышленного уровня и потом масштабировать их на профильных предприятиях.
    1031
  • 07/07/2021

    Новые горизонты научного сотрудничества в области синтеза и исследования материалов

    Состоялась встреча руководства Ивановского государственного химико-технологического университета с директором Федерального исследовательского центра «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук» академиком РАН Валерием Ивановичем Бухтияровым.
    359
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1228
  • 08/10/2020

    Новый катализатор на основе палладия и цинка удешевит производство этилена

    ​Ученые НИЦ "Курчатовский институт" в составе исследовательской группы создали новый катализатор, превосходящий аналоги сразу по нескольким характеристикам. Он разработан для важного индустриального процесса гидрирования ацетилена, в результате которого получают этилен.
    957
  • 14/09/2021

    Фтор для дисплеев: новые органические молекулы научили излучать свет и переключать ток

    ​Российские ученые получили новые органические материалы, которые могут одновременно излучать свет и проводить заряды. Это необычное свойство позволит в перспективе использовать их для создания более совершенных и дешевых дисплеев.
    268
  • 23/06/2021

    Переход на водород

    Водород — это самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. Его производство не относится к инновациям — он производился миллионами тонн еще в советские времена, когда его использовали для производства аммиака для получения азотных удобрений.
    8196
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    2425
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    3084