Geum.ru

Синтез, структура и сенсорные свойства нанокомпозита Au−In

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Синтез, структура и сенсорные свойства нанокомпозита Au−In2O3

Е. А. Оводок, М. И. Ивановская*

Белорусский государственный университет,220030, Минск, Беларусь
*НИИ физико-химических проблем Белорусского государственного университета,220030, Минск, Беларусь

Известно, что наночастицы золота, нанесенные на оксиды некоторых металлов (Al2O3, MgO, TiO2), или композиты, получаемые совместным осаждением золота(III) и гидроксида металла (SnO2, Fe2O3), обладают высокой каталитической активностью в реакции окисления монооксида углерода при невысокой температуре [1]. Это свойство наночастиц золота мы использовали для получения нанокомпозитов Au−In2O3 с высокой чувствительностью электропроводности оксида индия к СО в области невысоких температур, при которых, как правило, газовая чувствительность полупроводниковых оксидов металлов к углеводородам (прежде всего, метану) отсутствует. В качестве газочувствительного оксида использовали оксид индия, который отличается среди других оксидов, используемых в сенсорах, высокой электропроводностью и чувствительностью к большинству детектируемых газов [2].

Установлено, что нанесение Au на керамический слой In2O3 не приводит к существенным изменениям газочувствительных характеристик сенсоров при определении СО и СН4. Поэтому использовали золь-гель технологию получения нанокомпозита Au−In2O3 и формирования керамического газочувствительного слоя на Pt микро-спирали сенсора. Раствор HAuCl4 вводили в коллоидный раствор In(OH)3, стабилизированный азотной кислотой и ультразвуковой обработкой [3]. Газочувствительные слои формировали прогревом при 700 оС. В аналогичных условиях получали порошки и пленки Au−In2O3 (на кварцевых подложках) для проведения структурных и спектральных исследований, которые позволили установить размер частиц Au и In2O3, особенности состояния поверхности оксида и характер взаимодействия между компонентами на границе Au/In2O3. Образцы Au−In2O3 исследовали методами рентгенографии, просвечивающей электронной микроскопии, ДТА, ЭПР, оптической и ИК-спектроскопии.

Исследования показали, что золь-гель методом получены нанокомпозиты Au−In2O3 (0,2−0,5 мас.% Au), при использовании которых в газочувствительных слоях сенсоров достигается высокая пороговая чувствительность к СО (10 ppm), максимум чувствительности при этом наблюдается при значительно более низкой потребляемой мощности (0,06 Вт), чем максимум чувствительности In2O3-сенсоров (0,14 Вт). Выходные сигналы сенсоров Au−In2O3 к гораздо большим концентрациям СН4 (2000 ppm), чем СО, при низкой потребляемой мощности (0,05−0,10 Вт) практически отсутствуют. Максимум выходного сигнала сенсора Au−In2O3 на СН4 при потребляемой мощности 0,15 Вт ниже, чем In2O3-сенсора. В наиболее важной для практического анализа области концентраций угарного газа (30−1000 ppm) наблюдается линейная зависимость выходного сигнала сенсоров Au−In2O3 от логарифма концентрации СО. Наблюдаемая концентрационная зависимость в сочетании с низким энергопотреблением важны для использования сенсоров в портативных аналитических устройствах обнаружения угарного газа.

Установлено различие в размерах частиц и состоянии поверхности в композите Au−In2O3 и в образце Au/In2O3, полученном нанесением золота (III) на наноразмерные (dср.=35 нм) частицы In2O3. Спектральные методы исследования позволили выявить, что высокая чувствительность к СО обусловлена не только малыми размерами частиц Au (3−6 нм) и In2O3 (25−30 нм), но и особенностями поверхностного состояния Au и In2O3 в нанокомпозите Au−In2O3.

По данным ДТА в ксерогеле In(OH)3+Au(III) , в сравнении с In(OH)3, замедляются процессы дегидратации и кристаллизации фазы оксида – С-In2O3. Это приводит к увеличению концентрации ОН-групп и воды в нанокомпозите Au−In2O3.. На высокое содержание структурных ОН-групп в Au−In2O3 указывает интенсивная полоса поглощения в ИК-спектре при 930−1030 см−1, обусловленная колебаниями (In−O−H). Данные оптической спектроскопии и ЭПР позволяют предположить электронное взаимодействие между компонентами в Au−In2O3, что приводит к формированию активной границы Au/In2O3 в результате переноса электронной плотности и стабилизации частично окисленных состояний золота в кластерах типа [Au(3−)(Au0)n], 1≤δ≤2.


1. В. И. Бухтияров, Успехи химии,76, № 6. 596 (2007).

2. M. Ivanovskaya, Electron Technology, 33, № 1-2. 108 (2000).

3. Е. Оводок, М. Ивановская, Д. Котиков, Вест. Белорусск. ун-та, Сер. 2. № 3. 3 (2009).