КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 20-73-00352
НазваниеРазработка новых металлоорганических модификаторов и гибридных полупроводниковых материалов на их основе в качестве сенсорных элементов газовых детекторов
Руководитель Токарев Сергей Дмитриевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов
Ключевые слова Гибридные органо-неорганические материалы, комплексообразование, оптические свойства, фотосенсибилизация, газовые сенсоры
Код ГРНТИ31.21.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие промышленности и техники в последние десятилетия значительно повысило объемы выделяемых технологических газов. Такие газы часто представляют серьезную угрозу для природы и здоровья человека, могут быть горючи, а значит необходимо иметь быстрый и широкодоступный способ их определения в низких концентрациях. Для определения следовых количеств газов широко известны такие точные методы, как газовая хроматография и масс-спектрометрия. В силу громоздкого приборного оформления они не подходят для «полевого» детектирования газов и могут применяться только в наукоемких лабораториях. Для экспрессного и мобильного определения газов применяют специальные газовые сенсоры – как можно более компактные и простые устройства. Разрабатываются разнообразные типы газовых сенсоров – оптические, пьезоэлектрические, электрохимические, кондуктометрические, и т.д.
Металлооксидные полупроводниковые сенсоры резистивного типа перспективны для решения подобных задач ввиду их чрезвычайно высокой чувствительности, простоты конструкции и быстрого отклика. Принцип детектирования основан на изменении сопротивления, в качестве чувствительного элемента используется поверхность полупроводникового оксида, на которую обратимо адсорбируются окружающие газы, взаимодействуя с электронами поверхности и тем самым изменяя проводимость тока. Основными недостатками существующих в настоящее время полупроводниковых сенсоров являются их низкая селективность и сравнительно высокие рабочие температуры 200–500 оС. Значительная температура требуется для повышения подвижности носителей зарядов в приповерхностном слое, десорбции газов и регенерации поверхности сенсора. Данные факторы в совокупности не позволяют создавать миниатюрные и автономные газовые детекторы для селективного определения токсичных веществ на уровне ПДК жилой зоны. Отсутствие селективных газовых сенсоров, работающих при комнатной температуре, сдерживает развитие как систем удаленного мониторинга, так и систем контроля вентиляции помещений, особенно в местах массового скопления людей.
Селективность газового определения полупроводниковых сенсоров может быть существенно повышена путем направленной модификации поверхности полупроводникового оксида рецепторами, настроенными на молекулярное распознавание газов-аналитов. Использование металлоорганических модификаторов представляет исключительные возможности для повышения селективности, поскольку известно, что центральный катион металла в составе комплекса демонстрирует селективность к определенным типам газа. Например, железо предпочтительно связывает кислород, окись углерода, медь – сероводород, окиси азота и т.д.
Проблему снижения температуры газового анализа вплоть до комнатной возможно решить с помощью модификации поверхности специальными органическими фотосенсибилизаторами. Эти вещества будут поглощать свет в видимой области спектра и переносить электрон с фотовозбужденного состояния в зону проводимости полупроводникового оксида. Тем самым увеличится число свободных носителей заряда в приповерхностном слое полупроводника и будет достигнута десорбция газа с поверхности под действием света при комнатной температуре. Одними из наиболее эффективных и распространенных фотосенсибилизаторов являются органические полипиридиновые комплексы рутения (II), благодаря их высокой химической стабильности, интенсивному поглощению в видимой области и триплетному долгоживущему возбужденному состоянию.
Таким образом металлоорганические модификаторы двух типов способны устранить оба фундаментальных недостатка полупроводниковых газовых сенсоров. Наилучшим вариантом является сочетание свойств модификаторов селективности и сенсибилизации в составе одного гетеробиметаллического комплекса. В рамках настоящего проекта впервые будут разработаны подходящие органические лиганды и гетеробиметаллические комплексы на их основе для модификации поверхности полупроводниковых сенсоров, а также проведена модификация и получены гибридные органо-неорганические полупроводниковые сенсорные элементы, способные к селективному газовому анализу при комнатной температуре и облучении видимым светом.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ