En grupp forskare från Siberian Federal University (SFU, Krasnoyarsk, Ryssland) och Nikolaev Institute of oorganisk kemi (NIIC, Novosibirsk, Ryssland) har kombinerat de användbara egenskaperna hos metallftalocyaniner och palladiummembran för att skapa aktiva lager i vätedetektorer. Denna operation ökar sensornas känslighet avsevärt. Studien rapporteras i tidskrifterna Färgämnen och pigment och International Journal of Hydrogen Energy .

Högkänsliga sensorer för att upptäcka gaser är mycket viktiga för miljön, eftersom de tillåter forskare att göra kvalitativ och kvantitativ bedömning av innehållet i olika gaser i luften (t.ex. farlig kolmonoxid eller ammoniak). De inhämtade uppgifterna hjälper till att bekämpa föroreningar. Å andra sidan, det spelar sensorer en viktig roll inom medicinen. Det finns en sjukdom som kallas malabsorption - de som diagnostiseras med det andas ut mer väte. Om vi ​​gör sensorer med hög känslighet som kan upptäcka en liten ökning av vätekoncentrationen, denna sjukdom kan framgångsrikt diagnostiseras.

Detektorerna som diskuteras i papperet har en treskiktad struktur. I botten finns ett substrat (som också är en ledande elektrod) på vilken en film av ftalocyaniner (heterocykliska föreningar med mörkblå färg) appliceras, och slutligen, ett palladiumskikt över denna film. Det är inte lätt att producera en sådan sensor. Att göra detta, det är nödvändigt att erhålla en tunn film av ftalocyaniner, och lägg sedan ett lager palladium ovanpå. För att få denna metall, prekursorer används (organiska föreningar som innehåller palladiumatomer). Efter uppvärmning, de sönderfaller, organiska fragment avdunstar, och atomer av metall bildar ett lager med erforderlig struktur och tjocklek.

Sensorn fungerar så här:Väte tränger lätt in i palladium, och, verkar på ytan av ftalocyaninfilmen, ändrar dess konduktivitet. "Tunna ftalocyaninfilmer är själva halvledare. Och det är från förändringen i konduktivitet som vi kan bedöma om väte" klibbar "eller inte, och i vilken koncentration det finns i luften, "sa Pavel Krasnov, Ph.D. i fysik och matematik, senior forskare vid Institute of Nanotechnology, Spektroskopi och kvantkemi i SFU.

Författarna erhöll och undersökte kristallstrukturen för tunna filmer av palladiumftalocyaniner, liksom sättet på vilket dess struktur förändras av fluoratomer (fungerar som substituenter). Ftalocyanin är en platt molekyl med väteatomer vid kanterna. Tidigare, författarna till tidningen visade att införandet av fluoratomer i ftalocyaninstrukturen ökar det sensoriska svaret (känslighetsindikator) för dessa föreningar, när de interagerar med gasmolekyler. Fluor är ett mer elektronegativt element jämfört med väte, som ett resultat av vilket det kan "dra" fler elektroner från andra atomer av ftalocyanin, inklusive metallatomen i mitten. En ökning av den positiva laddningen av en metallatom främjar starkare bindning av gasmolekyler, eftersom en sådan bindning huvudsakligen härrör från donator-acceptormekanismen. En gasmolekyl är en elektrondonator (ger elektroner), och en metallatom är deras acceptor (fäster dem).

Denna hypotes bekräftades av forskare från SFU med hjälp av kvantkemiska beräkningar, och deras kollegor från NIIC som ett resultat av det direkta utförandet av experimentellt arbete som så småningom möjliggjorde prototypering av sensorer.

Nu, forskarna planerar att fortsätta projektet. De skulle vilja testa möjligheten att använda olika substrat - för att "plantera" ftalocyaniner på kolstrukturer - dvs. grafen eller kolnanorör. En sådan ersättning kommer att ge ett starkare svar och göra sensorn mer känslig för väte. Den andra lovande forskningslinjen är att göra palladiumskiktet tunnare (även för att förbättra sensorns respons).