Проекты

проект РФФИ 14-03-31266  

  Селективность взаимодействия полупроводниковых нанокристаллических оксидов с газами: роль каталитических кластеров

            Проект направлен на разработку методов повышения специфичности взаимодействия нанокристаллических полупроводниковых оксидов SnO2, ZnO, In2O3 с газами с целью создания селективных газовых сенсоров. Предлагаемый подход заключается в модифицировании поверхности нанокристаллических оксидов каталитически активными кластерами благородных металлов (Ru, Pd, Pt, Au) и их оксидов. Преимуществами разрабатываемых материалов являются селективность к газам-восстановителям, а также сенсорная чувствительность при относительно низких температурах (25 - 200 0С). Предварительные исследования показали, что каталитически активные добавки способствуют увеличению специфичности взаимодействия диоксида олова с газами, благодаря комплексному участию в процессе формирования сенсорного сигнала (хемосорбция молекул газа - окислительно-восстановительное взаимодействие адсорбатов с поверхностью - транспорт электронов).

    Нанокристаллические полупроводниковые оксиды будут синтезированы модифицированным золь-гель методом из водных растворов солей соответствующих металлов. Морфология и размеры наночастиц будут контролироваться подбором pH осаждения и условиями термической обработки ксерогелей. Иммобилизация каталитических кластеров благородных металлов и их оксидов будет проводиться двумя методами: пропиткой раствором прекурсора модификатора в органическом растворителе и коллоидной адсорбции гидроксидов благородных металлов на поверхности носителя в водной суспензии. Размеры каталитических кластеров будут определяться температурой и условиями отжига нанесенных прекурсоров. Фазовый, элементный состав и микроструктура материалов будут исследованы методами рентгеновской и электронной дифракции, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской флуоресценции. Степень окисления модификаторов и кристаллическая структура каталитических кластеров будут определены методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронного парамагнитного резонанса, спектроскопии рентгеновского поглощения.

    Основное внимание в работе будет уделено исследованию природы и концентрации поверхностных активных центров и процессов их взаимодействия с газами с применением специальных методов: термопрограммируемых зондовых методов, методов in situ анализа непосредственно в атмосфере в присутствии токсичных газов на уровне ПДК (синхронные измерения проводимости и работы выхода, in situ ИК-спектроскопия). Будут установлены корреляции между физико-химическими свойствами поверхности: концентрацией и реакционной способностью активных центров на поверхности полупроводникового оксида, и характером взаимодействия материалов с молекулами газов и сенсорными свойствами по отношению к газам-восстановителям (NH3, CO, H2). Отдельное внимание будет уделено изучению влияния каталитических кластеров на взаимодействие материалов с кислородом методом термопрограммируемого изотопного обмена.
В результате работы будет получен материал для активных элементов пожарных извещателей и созданы прототипы селективных газовых детекторов.