Een groep wetenschappers van de Siberische Federale Universiteit (SFU, Krasnojarsk, Rusland) en het Nikolaev Instituut voor Anorganische Chemie (NIIC, Novosibirsk, Rusland) hebben de nuttige eigenschappen van metaalftalocyanines en palladiummembranen gecombineerd om actieve lagen in waterstofdetectoren te creëren. Deze handeling verhoogt de gevoeligheid van de sensoren aanzienlijk. De studie wordt gerapporteerd in de tijdschriften Kleurstoffen en pigmenten en Internationaal tijdschrift voor waterstofenergie .

Hooggevoelige sensoren voor het detecteren van gassen zijn erg belangrijk voor het milieu, omdat ze wetenschappers in staat stellen een kwalitatieve en kwantitatieve beoordeling te maken van het gehalte aan verschillende gassen in de lucht (bijvoorbeeld gevaarlijke koolmonoxide of ammoniak). De verkregen gegevens helpen de vervuiling tegen te gaan. Anderzijds, daar spelen sensoren een belangrijke rol in de geneeskunde. Er is een ziekte die malabsorptie wordt genoemd - degenen met de diagnose ademen meer waterstof uit. Als we hooggevoelige sensoren maken die een kleine verhoging van de waterstofconcentratie kunnen detecteren, deze ziekte kan met succes worden gediagnosticeerd.

De detectoren die in het artikel worden besproken, hebben een structuur met drie lagen. Aan de onderkant bevindt zich een substraat (dat ook een geleidende elektrode is) waarop een film van ftalocyanines (heterocyclische verbindingen met een donkerblauwe kleur) is aangebracht, en tenslotte, een palladiumlaag over deze film. Het is niet eenvoudig om zo'n sensor te maken. Om dit te doen, het is noodzakelijk om een ​​dunne film van ftalocyanines te verkrijgen, en leg er vervolgens een laag palladium op. Om dit metaal te krijgen, voorlopers worden gebruikt (organische verbindingen die palladiumatomen bevatten). Na verwarming, ze ontbinden, organische fragmenten verdampen, en metaalatomen vormen een laag met de gewenste structuur en dikte.

De sensor werkt als volgt:waterstof dringt gemakkelijk door palladium, en, inwerkend op het oppervlak van de ftalocyaninefilm, verandert zijn geleidbaarheid. "Dunne ftalocyaninefilms zijn zelf halfgeleiders. En het is door de verandering in geleidbaarheid dat we kunnen beoordelen of waterstof "vastklampt" of niet, en in welke concentratie het zich in de lucht bevindt, " zei Pavel Krasnov, doctoraat in natuurkunde en wiskunde, senior onderzoeker bij het Instituut voor Nanotechnologie, Spectroscopie en kwantumchemie van SFU.

De auteurs verkregen en onderzochten de kristalstructuur van dunne films van palladiumftalocyanines, evenals de manier waarop de structuur wordt gewijzigd door fluoratomen (die als substituenten fungeren). Ftalocyanine is een plat molecuul met waterstofatomen aan de randen. Eerder, de auteurs van het artikel toonden aan dat de introductie van fluoratomen in de ftalocyaninestructuur de sensorische respons (gevoeligheidsindicator) van deze verbindingen verhoogt, als ze interageren met gasmoleculen. Fluor is een meer elektronegatief element in vergelijking met waterstof, waardoor het meer elektronen kan "trekken" van andere ftalocyanine-atomen, inclusief het metaalatoom in het midden. Een toename van de positieve lading van een metaalatoom bevordert een sterkere binding van gasmoleculen, aangezien een dergelijke binding voornamelijk voortkomt uit het donor-acceptormechanisme. Een gasmolecuul is een elektronendonor (geeft elektronen), en een metaalatoom is hun acceptor (hecht ze).

Deze hypothese werd bevestigd door wetenschappers van SFU met behulp van kwantumchemische berekeningen, en hun collega's van NIIC als resultaat van de directe uitvoering van experimenteel werk dat uiteindelijk de prototyping van sensoren mogelijk maakte.

Nutsvoorzieningen, de wetenschappers zijn van plan het project voort te zetten. Ze willen de mogelijkheid testen om verschillende substraten te gebruiken - om ftalocyanines op koolstofstructuren te "planten", d.w.z. grafeen of koolstof nanobuisjes. Zo'n vervanging zal een sterkere respons geven en de sensor gevoeliger maken voor waterstof. De tweede kansrijke onderzoekslijn is het dunner maken van de palladiumlaag (ook om de respons van de sensor te verbeteren).