ИСТИНА

Приборы газового контроля широко применяются в самых разных областях промышленности для обнаружения утечек токсичных, пожаро- и взрывоопасных веществ. Металлооксидные полупроводниковые сенсоры резистивного типа перспективны для решения подобных задач ввиду их чрезвычайно высокой чувствительности. Основными недостатками существующих в настоящее время полупроводниковых сенсоров являются их низкая селективность и сравнительно высокие рабочие температуры 200 – 500 оС, что не позволяет использовать их в миниатюрных и автономных газовых детекторах 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. Чувствительность и селективность материалов могут быть существенно повышены путем направленной химической модификации их поверхности с использованием пришивки синтетических органических рецепторов, настроенных на молекулярное распознавание опасных газов. В рамках настоящего проекта предполагается разработка металлоорганических модификаторов полупроводниковых сенсоров, проведение модификации полупроводниковых сенсорных элементов для газовых детекторов, которые будут способствовать как увеличению селективности по отношению к детектируемому газу, так и снижению рабочей температуры детектирования при облучении видимым светом.

Semiconductor nanostructures have gained enormous attention as a novel material for the gas sensing applications. The large surface-to-volume ratio of these structures combined with the high crystallinity makes them convert the chemical processes on the surface into electrical signals. Sensing gas molecules is critical to environmental monitoring, control of chemical processes, saving energy, and safety in life. In the case of tin oxide, n-type semiconductor, the oxygen adsorbed on the surface removes electrons from SnO2 conduction band at elevated temperatures, realizing an electron depleted surface region (space-charge region). The sensors operated on this mechanism detect any kinds of reducing gases in principle. The lack of gas selectivity has been regarded as a problem to be solved. The synthesis of organic–inorganic hybrid materials has been received considerable attention in the past several years because of the prospect of developing materials with unique microstructures and properties. In organic–inorganic hybrid sensors, the organic and inorganic components take part in molecular recognition and transduction of chemical signals to measurable resistance changes, respectively. As the principal advantage offered by organic materials is the promise for better chemical specificity, the organic–inorganic gas sensors could be expected to exhibit a specific response to a particular gas. In frame of the project we plan to synthesize phenantroline complexes of ruthenium which can act as photosensibilizator sending it’s electrons to semiconductor band. The first our results supported this idea (E. V. Lukovskaya, O. A. Fedorova , Yu. V. Glazova (Sotnikova), Yu. V. Fedorov , A. V. Anisimov, E.V. Podolko, M. N. Rumyantseva, A. M. Gaskov, F. Fages, Organic Photonics and Photovoltaics. Volume 3, Issue 1, August 2015, 2299-3177, DOI: 10.1515/oph-2015-0005). To reach the selectivity in gas sensing the metalloorganic modificators containing different types of central metal ions will be prepared. Thus, organometallic compounds are widely known to react with N2, NO, N2O, CO, CO2, O2, and other gases through formation of a metal–gas bond. Thus, combination of photosensibilizator and metallorganic receptor can substantially improve the photoconductivity and selectivity of gas sensor.

В ходе выполнения научного проекта будут предложены, синтезированы и исследованы органические модификаторы, которые предположительно способствуют устранению основных недостатков существующих газовых анализаторов – низкая селективность анализа и высокая рабочая температура. Они будут представлять собой металлокомплексы имидазофенантролинов с различными арильными и тиофеновыми заместителями и различными металлами, в том числе рутением (II). Будет проведена модификация поверхности полупроводниковых оксидов олова и цинка полученными металлокомплексами и исследованы сенсорные свойства полученных гибридных материалов. Мы планируем также наиболее перспективные модификаторы объединить в одной системе для одновременного устранения двух недостатков полупроводниковых сенсоров.

В последние годы научная деятельность коллектива связана с разработкой и исследованием производных тиофенов, а также новых оригинальных краун-соединений. Кроме синтетических достижений, участники группы показали достижения в области физико-химических исследований при создания мультисенсорных рецепторов на основе краун-соединений. Участниками коллектива получены положительные результаты по улучшению характеристик газовых анализов при модификации сенсорных элементов тиофеновыми производными. Участники проекта имеют опыт работы по разработке сенсоров на катионы металла на основе фенантролиновых гетероциклов, изучению комплексов гетероциклических рецепторов с катионами металлов. Участниками проекта выполнены оригинальные работы по фотоактивным соединениям с использованием различных видов оптической спектроскопии, время разрешенной спектроскопии, ЯМР-спектроскопии и электрохимии.