Негомогенные нанокристаллические системы на основе оксидов металлов с высокой газовой чувствительностью

Гаськов А.М., Рябова Л.И., Румянцева М.Н., Васильев Р.Б.

МГУ им. М.В. Ломоносова, Химический факультет

          Работа направлена на создание нанокристаллических материалов для химических газовых сенсоров. Негомогенные нанокристаллические системы М₁О-М₂О (нанокомпозиты), включают в себя полупроводниковые оксиды: М₁О = SnO₂, ZnO, WO₃, In₂O₃ и оксиды переходных металлов М₂О = CuO, NiO, Fe₂O₃, MoO₃ или кластеры оксидов металлов Pt группы. Другим типом негомогенных систем являются гетероструктуры, представляющие собой суперпозицию тонких пленок нанокристаллических оксидов. Электронные свойства границ раздела в нанокристаллических полупроводниках характеризуются исключительной чувствительностью к составу газовой фазы, присутствию в воздухе молекул токсичных и взрывоопасных газов. Основным преимуществом сложных систем по сравнению с однофазными полупроводниковыми материалами является возможность раздельно управлять основными функциями химического сенсора: рецептора (реакционной способностью материала) и преобразователя (электронными свойствами границ раздела). Синтез нанокристаллических материалов: тонких пленок, гетероструктур, порошков и керамики различного состава с размером зерна от 3 нм до 20 нм и величиной удельной поверхности 150-200 м²/г проведен физическими и химическими методами из органических и неорганических прекурсоров. Для исследования механизма газовой чувствительности материалов привлечен комплекс современных аналитических методов, таких как рентгеновская дифракция и XANES с использованием синхротронного излучения, просвечивающая электронная микроскопия, фото-электронная спектроскопия, мессбауэровская спектроскопия на ядрах ¹¹⁹Sn и ⁵⁷Fe, ИК и рамановская спектроскопия, спектроскопия импеданса и др. Учитывая лабильность систем, основная информация получена in situ в условиях контролируемых состава атмосферы и температуры. Сенсорные свойства чувствительных элементов, изготовленных на основе негомогенных нанокристаллических систем, изучены в лабораторных условиях при детектировании молекул H₂, CO, H₂S, NO₂, NH₃, C₂H₅OH и др. Результаты представляют практический интерес для создания твердотельных газовых сенсоров.