​​

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

  • 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.
    1243
  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    1171
  • 08/10/2017

    Секреты картин и криминал: как ученые из России помогают британской полиции

    ​Сергей Казарян, профессор физической химии из Имперского колледжа Лондона, рассказал, как современные методы химии и физики позволяют вычислять преступников по химическим следам отпечатков пальцев, раскрывать фальшивки и изучать историю давно минувших дней.
    1364
  • 23/07/2020

    Учёные создали основу для быстрой оптической памяти

    Российские химики получили новый фотохромный — способный менять цвет при освещении — комплекс висмута (III) с так называемыми виологеновыми катионами. На основе этого соединения были созданы элементы оптической памяти и показаны их высокая эффективность и стабильность.
    342
  • 12/12/2017

    Новосибирские и московские ученые разработали антитела для диагностики грибковых заболеваний

    ​Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН создали новый высокоэффективный диагностикум аспергиллезов, который поможет отличить эти заболевания от других подобных и быстро подобрать правильное лечение.
    1186
  • 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.
    367
  • 16/08/2017

    Директор ИК СО РАН Валерий Бухтияров посетил ВИАМ

    15 августа 2017 года Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) посетил директор Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук, академик РАН Валерий Иванович Бухтияров.
    1894
  • 10/03/2020

    Фтор в органических полупроводниках поможет создать ультратонкие и гибкие экраны

    Российские ученые впервые выяснили, что, если добавить фтор в органические материалы, они лучше проводят вещества и ярче светят. Полученные результаты можно использовать для дизайна новых органических полупроводников и производства лазеров и более ярких гибких экранов.
    530
  • 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.
    1661
  • 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.
    1126