Группа ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева разработала высокочувствительный сенсор, позволяющий определять наличие газов в воздухе (кислород, сероводород) при их низкой концентрации. Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159090).

«Мы создали новый материал с рекордными характеристиками. Сенсор на основе высокодисперсного оксида ниобия одновременно чувствителен к минимальным концентрациям кислорода и сероводорода», - объясняет кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории химии легких элементов и кластеров ИОНХ РАН Артём Мокрушин.

Чтобы добиться необходимой чувствительности сенсора, его нужно нагреть, т.е. устройство потребляет энергию. Существующие сенсоры для определения содержания кислорода работают при высокой температуре – до 800–900ºС. Авторы предложили новый тип газового сенсора, основанный на новом материале, позволяющем снизить рабочую температуру до 200 градусов. Порошок нанокристаллического оксида ниобия, полученный с помощью программируемого осаждения, применили для формирования толстой газочувствительной пленки, как компонента газового датчика, путем трафаретной печати.

В угольной и химической промышленности существует проблема определения содержания вредных газов, которые выделяются в процессе производства. Например, сероводород и угарный газ попадают в воздух промышленной зоны при разгерметизации оборудования и могут привести к авариям на производстве. Многие газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и другие) являются чрезвычайно токсичными для человека и одновременно представляют опасность для окружающей среды. В отдельную категорию выделяют жизненно необходимый газ – кислород, падение содержания которого в воздухе даже на несколько процентов приводит к разрушительным для организма человека последствиям и даже к летальному исходу. Поэтому остро стоит проблема определения загрязнителя на низких (до предельно допустимых концентраций), еще не токсичных уровнях, особенно в тандеме с определением кислорода.

Исследователи планируют применить данную технологию получения оксида ниобия в химической промышленности. «Выявленную чувствительность к ультранизким концентрациям кислорода можно использовать при получении, например, бескислородных высокочистых газовых смесей», - отметил Артём Мокрушин. Кроме того, сенсор на основе чувствительного оксида ниобия можно разместить в портативных электронных устройствах, а также использовать в качестве компонента «электронного носа».

Работа поддержана грантом президента Российской Федерации (MK-1023.2020.3).

Источник: A.S.Mokrushin, T.L. Simonenko, N.P. Simonenko, P.Yu. Gorobtsov, N.C. Kadyrov, E.P. Simonenko, V.G. Sevastyanov, N.T. Kuznetsov. Chemoresistive Gas-Sensing Properties of Highly Dispersed Nb₂O₅ Obtained by Programmable Precipitation. Journal of Alloys and Compounds. Volume 868, 5 July 2021, 159090.

Рисунок. 3D-модель сенсора с нанесенным покрытием из оксида ниобия.