Международный коллектив с участием специалистов Института общей и неорганической химии имени Н. Курнакова РАН, Московского государственного университета имени М. Ломоносова и Еврейского университета в Иерусалиме разработал новый метод получения диоксида олова, свободного от примесей хлорид-ионов.
Предложенный простой подход позволяет синтезировать материал, обладающий высокой чувствительностью к низким концентрациям водорода даже в условиях повышенной влажности. Разработка перспективна для создания газовых сенсоров с улучшенными характеристиками, которые востребованы в нефтехимической промышленности, атомной энергетике и медицине, а также поможет предотвращать утечки и взрывы водорода на промышленных объектах.
Обычно синтез диоксида олова ведут из хлорида олова, однако в продукте остаются содержащие хлор примеси, которые неконтролируемо меняют свойства материала. Новый подход использует пероксостаннат аммония (содержащее пероксид соединение с группой из двух связанных атомов кислорода), который осаждают на листочки оксида графена.
Технологическая цепочка выглядит следующим образом. Исходный хлорид олова растворяют в воде и добавляют аммиак, получая гидроксид олова. Его далее растворяют в смеси пероксида водорода и водного раствора аммиака, что приводит к образованию коллоидного раствора с наночастицами пероксостанната аммония. Данный раствор смешивают с водной дисперсией оксида графена, после чего помещают в пары аммиака и выдерживают. На этой стадии хлор уже отсутствует, а частицы коллоидного раствора оседают на поверхность графеновых листочков.
После выделения и сушки образуется коричневый порошок. Листочки оксида графена оказываются покрыты с двух сторон слоем пероксостанната аммония. Дальнейшая термическая обработка при 500 oC в печи приводит к разложению пероксостанната до диоксида олова. Одновременно оксид графена выгорает. Получаемые частицы SnO2 сохраняют двумерную листовую морфологию, унаследованную от подложки.
Диоксид олова остается одним из наиболее распространенных полупроводниковых материалов для хеморезистивных газовых сенсоров. Присутствие остаточных хлорид-ионов, характерное для классических методов синтеза, способно непредсказуемо изменять электропроводность и снижать селективность датчиков. Водород рассматривается как перспективный энергоноситель, однако он обладает широким диапазоном взрывоопасных концентраций в воздухе, поэтому создание высокочувствительных и стабильных сенсоров для обнаружения его утечек остается актуальной задачей.
