Разработан новый нанокомпозит для обнаружения сверхнизких концентраций газов

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН в сотрудничестве с коллегами из РХТУ им. Д.И. Менделеева, Института физики КФУ, МФТИ и Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН создали новый нанокомпозитный материал, состоящий из оксида цинка с добавками палладия. Благодаря особым газочувствительным свойствам его можно использовать для производства высокочувствительных детекторов легколетучих органических соединений.

Традиционно для контроля качества воздуха, в энергетике, химической и металлургической промышленности, а также в медицине используют полупроводниковые газовые сенсоры на основе нанокристаллических материалов, таких как оксид цинка. Но они имеют ряд серьезных недостатков, прежде всего связанных с низкой селективностью и недостаточной устойчивостью микроструктуры материала при длительной эксплуатации в условиях высоких температур.

Авторы предложили решить проблему стабильности сенсоров, создав композиционные материалы, совмещающие в себе два и более полупроводниковых или металлических компонента. В результате комплексного исследования они установили, что при добавлении к оксиду цинка всего одного процента наночастиц палладия удается на два порядка увеличить отклик сенсора к летучим органическим соединениям и другим газам.

«Идея исследования заключается в целенаправленном модифицировании сенсорного материала, которым является оксид цинка, наночастицами благородных металлов, проявляющих ярко выраженную каталитическую активность. Изучаемые материалы не являются новыми, система оксид цинка — палладий известна достаточно давно. В нашей работе мы стремились разработать такой метод синтеза нанокомпозитов, который позволял бы получать высокочувствительные материалы, был относительно простым и легко масштабируемым, так как область газовой сенсорики является в значительной степени прикладной», — прокомментировал работу ведущий автор исследования старший научный сотрудник лаборатории физикохимии керамических материалов ИОНХ РАН Артём Мокрушин.

До сих пор отечественный рынок сенсоров данного типа был представлен в основном дорогими японскими и европейскими либо менее качественными китайскими газоанализаторами. Сейчас ученые совместно с индустриальным партнером проводят работы, направленные на создание серийного производства газовых сенсоров для детектирования разнообразных газов, например токсичных — угарного газа и диоксида азота, взрывоопасных — метана и водорода и других.

«Мы обнаружили, что полученные нами материалы позволяют детектировать сверхнизкие концентрации ацетона, что является необходимым для неинвазивной диагностики некоторых заболеваний, например сахарного диабета и рака легких. Данное направление только начинает развиваться, но в перспективе мы можем получить недорогой и универсальный прибор для первичной диагностики пациентов», — отметил ученый.

Работа поддержана Российским научным фондом.