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 21-73-00224

НазваниеНаноматериалы на основе диоксида олова и оксида цинка, полученные из пероксидсодержащих прекурсоров, для применения в газовой сенсорике

Руководитель Михайлов Алексей Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 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; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова Газовый сенсор, диоксид олова, оксид цинка, допирование, р-элементы, пероксид водорода, пероксокомплексы, пероксостаннат, селективность, наноматериалы

Код ГРНТИ31.17.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Наноматериалы на основе диоксида олова и оксида цинка находят широкое применение в различных областях науки и техники, в том числе, в качестве активного материала в газовых сенсорах. На протяжении многих лет газовые сенсоры широко используются для обнаружения и мониторинга огромного количества газов и паров, включая токсичные и взрывоопасные. В настоящее время наиболее важными областями применения газовых сенсоров являются автомобильный, промышленный и аэрокосмический сектор, где газовые сенсоры необходимы для контроля и обнаружения оксидов азота, кислорода, аммиака, оксидов серы, озона, углеводородов, либо углекислого газа; пищевая промышленность, где газовые сенсоры применяются для контроля процессов ферментации; бытовой и медицинский сектора, где газовые сенсоры применяются для детектирования углекислого газа, влажности, а также для обеспечения безопасности обнаружением следов взрывчатых и опасных веществ. Наиболее распространенными являются резистивные сенсоры на основе металлооксидных полупроводников, электрическое сопротивление которых изменяется при контакте с газами окислителями или восстановителями. Диоксид олова и оксид цинка являются одними из наиболее популярных активных компонентов газовых сенсоров. Однако до настоящего времени остаются актуальными проблемы повышения чувствительности, селективности и стабильности, а также снижения времени отклика и восстановления активного материала, которые являются ключевыми параметрами, определяющими применимость соответствующего сенсорного элемента. Существует два основных подхода по улучшению свойств газового сенсора. Во-первых, это изменение состава за счет допирования соответствующего оксида другими элементами (Cu, Co, W, Fe, Sb и др.). Второй подход связан с усовершенствованием морфологии активного компонента и заключается в получении материала с оптимальными размерами кристаллитов, площадью поверхности и хорошим контактом между частицами и подложкой сенсора [1]. Существующие методы синтеза оксидов олова и цинка для использования в качестве чувствительного материала в газовых сенсорах имеют ряд недостатков. Физические методы, химическое осаждение из газовой фазы и электрохимическое осаждение подразумевают сложное техническое оформление, использование токсичных реагентов и, зачастую, нуждаются в последующей термообработке для удаления сопутствующих соединений [2]. Использование «мокрых» методов позволяет контролировать состав и морфологию конечного материала за счет варьирования концентраций исходных прекурсоров, однако данные методы также требуют термообработки материала при температурах выше 300°С, в ходе который происходит агрегация частиц и рост кристаллитов. Вместе с тем баланс между такими показателями материала как размер кристаллита, площадь поверхности и контакт между частицами определяют эффективность газового сенсора. Оптимальный баланс достигается при размере частиц меньше 10 нм, при котором наблюдается резкое увеличение чувствительности газового сенсора [1]. В рамках данного проекта предполагается решить описанную проблему за счет использования пероксидных прекурсоров для синтеза материалов на основе диоксида олова и оксида цинка, что позволит снизить температуру кристаллизации соответствующих продуктов. Представленные ранее работы демонстрируют успешное применение данного подхода к синтезу наноразмерного перовскита BaSnO3, кристаллическая фаза которого формируется уже при 200°С [3,4]. В лаборатории пероксидных соединений и материалов на их основе ИОНХ РАН был разработан «пероксидный» метод получения тонких пленок на основе оксидов р-элементов, который основан на использовании водно-пероксидных растворов пероксокомплексов в качестве прекурсоров [5, 6]. Было показано, что пероксокомплекс олова уже при комнатной температуре начинает разлагаться с образованием кристаллической фазы диоксида олова [7]. Использование пероксидного метода также позволяет получать наноразмерный кристаллический оксид цинка при нормальных условиях за счет восстановления пероксида цинка водным раствором сульфита натрия [10]. Кроме того, обработка свежеосажденного пероксокомплексов и пероксидов растворами соответствующих солей позволит получать допированные материалы. Следует отметить, что использование "пероксидного" метода позволяет практически количественно расходовать исходные вещества и не требует наличия дорогостоящего оборудования и утилизации токсичных отходов, что, в конечном итоге, создает хорошие перспективы для промышленного внедрения предложенных материалов. Таким образом, данный проект направлен на решение актуальной проблемы поиска новых прекурсоров, позволяющих получать активные компоненты газовых сенсоров на основе диоксида олова и оксида цинка при относительно низких температурах и таким образом обеспечивать их высокую активность (время отклика, чувствительность, селективность). [1] X. Zhou, S. Lee, Z. Xu and J. Yoon. Recent Progress on the Development of Chemosensors for Gases, Chem. Rev., 2015, 115, 7944. [2] M. E. Franke, T. J. Koplin and U. Simon. Metal and metal oxide nanoparticles in chemiresistors: does the nanoscale matter? Small, 2006, 2, 36. [3] Shin, S. S.; Yeom, E. J.; Yang, W. S.; Hur, S.; Kim, M. G.; Im, J.; Seo, J.; Noh, J. H.; Seok, S. Il. Colloidally Prepared La-Doped BaSnO3 Electrodes for Efficient, Photostable Perovskite Solar Cells. Science 2017, 356, 167–171. [4] A.G. Medvedev, A.A. Mikhaylov, A.I. Shames, A.B. Ilyukhin, A.V. Churakov, D.A. Grishanov, E.A. Mel’nik, T.A. Tripol’skaya, O. Lev, P.V. Prikhodchenko. Inorganic Chemistry 2020 59 (24), 18358-18365 [5] S. Sladkevich, A.A. Mikhaylov, P.V. Prikhodchenko, T.A. Tripol'skaya, O. Lev. Antimony tin oxide (ATO) nano particle formation from H2O2 solutions: a new generic film coating from basic solutions, Inorganic Chemistry, 2010, 49, 9110. [6] S. Sladkevich, J. Gun, P.V. Prikhodchenko, V. Gutkin, A.A. Mikhaylov, V.M. Novotortsev, J.X. Zhu, D. Yang, Q.Y. Yan, H.H. Hng, Y.Y. Tay, Z. Tsakadze, O. Lev. Peroxide induced tin oxide coating of graphene oxide at room temperature and its application for lithium ion batteries, Nanotechnology, 2012, 23, 485601. [7] A.A. Mikhaylov, A.G. Medvedev, D.A. Grishanov, E. Edison, M. Srinivasan, S. Sladkevich, J. Gun, P.V. Prikhodchenko, O. Lev ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2020 8 (14), 5485-5494 [8] WolanovY, PrikhodchenkoPV, MedvedevAG, PedahzurR, LevO. Zinc dioxide nanoparticulates: a hydrogen peroxide source at moderate pH. Environ Sci Technol 2013; 47:87, 69–74. [9] Prikhodchenko P.V., Medvedev A.G., Mikhaylov A.A., Tripol'skaya T.A., Shelkov R., Wolanov Y., Gun J. Renewable zinc dioxide nanoparticles and coatings. // Mater. Lett., (2014), 116, pp. 282–285 [10] Mikhaylov, A. A., Medvedev, A. G., Grishanov, D. A., Sladkevich, S., Xu, Z. J., Sakharov, K. A., Prikhodchenko, P. V., Lev, O., Doubly Coated, Organic–Inorganic Paraffin Phase Change Materials: Zinc Oxide Coating of Hermetically Encapsulated Paraffins. Adv. Mater. Interfaces 2019, 6, 1900368

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---