Российские исследователи усовершенствовали детекторы бензола и этанола, использовав в них наночастицы золота и диоксид кремния. Это позволило увеличить их чувствительность более чем в четыре раза даже при высокой влажности. Сенсоры позволят обеспечить безопасность работников промышленных предприятий. Работа ученых опубликована в журнале Nanomaterials.

Одна из самых опасных групп загрязняющих веществ — это летучие органические соединения. Они образуются на предприятиях химической и фармацевтической промышленности, а их чрезмерное накопление в воздухе может серьезно навредить здоровью человека. Например, отравление парами этанола приводит к затруднению дыхания, тошноте, головной боли и головокружению, что может быть чревато травмами и даже летальным исходом для работников промышленности. Также пары этого соединения склонны к взрыву, если их объемное содержание в воздухе превышает 3%. Также опасен бензол — летучее органическое соединение, обладающее канцерогенными свойствами. Его пары взрывоопасны, если объемная доля превышает один процент. Это вызывает необходимость создавать чувствительные детекторы для такого типа соединений.

Сегодня чаще всего такого рода сенсоры создаются на основе оксидов металлов, например диоксида олова. Эти материалы обладают каталитическими свойствами, поэтому на поверхности созданной из них пластины пары детектируемого соединения превращаются в углекислый газ, увеличивая при этом проводимость оксидной пластины. Затем специальное оборудование определяет по этому сигналу концентрацию газа. Однако такие сенсоры лучше всего работают при температурах около 300 °С. Такие условия эксплуатации могут вызывать разрушение компонентов прибора и снижение его характеристик.

Дополнительно снижает чувствительность диоксида олова к газам и влажность окружающей среды. Но в новом исследовании, поддержанном грантом Российского научного фонда, ученые химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова вместе с коллегами показали возможность использования диоксида кремния и наночастиц золота для повышения чувствительности сенсора на основе диоксида олова, работающего при высоких температурах.

На первом этапе исследования авторы создали композит из диоксида олова и диоксида кремния. Для этого они долго нагревали основу материала в водной среде под высоким давлением, после чего полученный порошок композита смешивали с коллоидным раствором наночастиц золота и наносили на подложку из оксида алюминия.

Затем авторы сравнили сенсор такого состава с тремя другими: без наночастиц золота, без диоксида кремния и совсем без добавок. Оказалось, что детектор, содержащий и наночастицы золота, и диоксид кремния, показывает стабильно высокую чувствительность к бензолу при 350 °С и этанолу при 300 °С, даже если влажность воздуха поднимается до 20%. Также сигнал такого сенсора в два раза выше по сравнению с детектором только с наночастицами золота и более чем в четыре раза превышает аналогичный показатель устройства из диоксида олова без добавок.