ИСТИНА

На сегодняшний день массовое применение полупроводниковых нанокристаллических оксидов в качестве сенсорных материалов в различных устройствах анализа газов ограничивается их недостаточно высокой селективностью и чувствительностью. Повышение специфичности и активности химического взаимодействия определенных газовых молекул с поверхностью нанкористаллических полупроводниковых оксидов позволяет улучшить их сенсорные характеристики. Оно требует создания на поверхности таких материалов специальных активных центров протекания химических процессов – хемосорбции и химического превращения молекул газов. Создание этих активных центров достигается модифицирвоанием материалов - введением примесных катионов в кристаллическую структуру материалов, нанесением аморфных оксидных сегрегаций, каталитических кластеров благородных металлов на поверхность. Несмотря на то, что работа в данном направлении ведется уже достаточно давно, закономерности взаимосвязи состава и строения нанокристаллических полупроводниковых оксидов с их химической активностью изучены только для ограниченной группы простых газовых молекул. Установление подобных взаимосвязей на примере азотсодержащих органических соединений, в первую очередь гомологов аммиака и гидразина, актуально в связи с практической необходимостью их детектирования в воздухе в следовых количествах, менее 0,1 мг/м3. Различные типы аминов являются индикаторами порчи пищевых продуктов, в то время как чрезвычайно токсичный 1,1-диметилгидразин широко используется в качестве высококипящего компонента ракетного топлива. Актуальной является задача обнаружения паров этих соединений в воздухе, содержащем другие примеси, в том числе органические, а также избирательное обнаружение соединений в присутствии гомологов. Целью данного проекта является установление взаимосвязи между составом и строением нанокристаллических полупроводниковых оксидов металлов, природой и концентарцией активных центров протекания химических процессов на их поверхности с участием молекул азотсодержащих органических соединений.

В ходе работы получены следующие результаты: 1) Показано, что введение каталитического модификатора Ru в состав материалов сопровождается резким увеличением их сенсорной активности по отношению к азотсодержащим соединениям (NH3, НДМГ). 2) Методом ИК-спектроскопии показано, что данный эффект сопровождается формированием молекул промежуточного соединения NO на поверхности материалов. Центрами адсорбции NO являются кластеры частично окисленного Ru на поверхности зерен полупроводника. 3) Катионы Cr3+ предположительно входят в кристаллическую структуру зерен полупроводника, занимая позиции Sn4+, и являются таким образом электроно-акцепторными примесями. В результате такого модифицирования данный материал практически полностью теряет чувствительность к оксидам азота по всей видимости в результате снижения его адсорбции.\ 4) Легирование нанокристаллического SnO2 катионами Cr3+ не сопровождается увеличением адсорбционной активности по отношению к газовым молекулам основной природы, что может быть связано с рядом факторов: - определяющим влиянием свободной электронной плотности в зоне проводимости полупроводника на кислотно-основные свойства поверхности - наличием и концентрацией дефектов – координационно ненасыщенных катионов на поверхности матерала, концентрацией адсорбированных гидроксилов. Этим факторам в рамках данного проекта не уделялось внимания и они требуют дополнительного исследования. 5) Модифицирование La сопровождается образованием рентгеноаморфных сегрегаций La2O3 на поверхности зерен полупроводника. Данные сегрегации приводят к изоляции каталитических кластеров RuO2 от поверхности SnO2 что приводит к меньшей сенсорной активности данного материала.