Гібридний наноматеріал на основі одностінних вуглецевих нанотрубок, зшитих через осьово заміщений фталоціанін кремнію (IV) для хіміорезистивних датчиків

Максим Поляков

1 Миколаївський інститут неорганічної хімії СО РАН, Ак. Проспект Лаврентьєва, 3, 630090 Новосибірськ, Росія; [email protected]_vokaylop (M.P.); moc.liamg@0662avonaviikiv (В.І.); ur.csn.ciin@remaylk (Д.К.)

2 Санкт-Петербурзький державний університет архітектури та будівництва, Вторая Красноармійська, 4, 190005 Санкт-Петербург, Росія

Вікторія Іванова

Дар’я Клямер

Baybars Köksoy

3 хімічний факультет Технічного університету Гебзе, Гебзе, 41400 Коджаелі, Туреччина; moc.liamg@yksrabyab (B.K.); rt.ude.utg@kaconesa (А.Ş.); rt.ude.utg@nahre (E.D.); rt.ude.utg@sumrud (M.D.)

Ахмет Шеночак

Ерхан Демірбаш

Махмут Дурмуш

Тамара Басова

Анотація

1. Вступ

На сьогоднішній день отримано велику різноманітність матеріалів на основі вуглецевих нанотрубок (УНТ), серед них впорядковані шари [1], нановуглецеві волокна [2,3], паперовий папір [4,5], модифіковані електроди [6,7, 8,9], поглиначі газу або катіону [10,11] та деякі інші [12]. Незвичні вуглецеві матеріали можуть бути модифіковані різними способами, наприклад, шляхом легування гетероатомами [13], ковалентним приєднанням різних атомів [14,15,16], функціональних груп [17,18,19,20] або молекулами [21,22] а також шляхом нековалентної адсорбції різних поліароматичних молекул [23,24,25,26], наночастинок [4,27] або полімерів [28].

Одним з практичних аспектів таких гібридних матеріалів є їх використання в якості активних шарів хіміорезистивних газових датчиків. Загальновідомо, що провідність різних типів незайманих УНТ визначається їх симетрією та структурою [29]. У 2000 р. Kong et al. [30] вперше виявив, що провідність напівпровідникових вуглецевих нанотрубок змінюється, коли на їх поверхні адсорбуються різні молекули, і ця властивість може бути використана в газових сенсорних пристроях. Таким чином, сильні окислювачі - електроноакцептори (наприклад, NO2) - суттєво збільшують провідність напівпровідникових УНТ р-типу за рахунок посилення діркової концентрації. Навпаки, відновлювальні гази, які є донорами електронів, призводять до зменшення провідності внаслідок рекомбінації електронів і дірок. В даний час вивчаються сенсорні характеристики гібридних матеріалів на основі УНТ щодо різноманітних газів, таких як NH3, NO2, CH4, SO2, H2S тощо, та летких органічних сполук (етанол, ацетон та хлороформ) [17, 23,31,32,33]. Також було показано, що гібридні матеріали на основі УНТ демонструють помітно вищу реакцію датчика та кращі характеристики зондування в порівнянні з первозданними вуглецевими нанотрубками.

Металофталоціаніни також широко використовуються як активні шари газових датчиків завдяки своїй здатності змінювати свою провідність у присутності різних газів силою процесів перенесення заряду [34,35]. У літературі є кілька прикладів застосування гібридних матеріалів, створених на основі УНТ та МФК як активних шарів хімічних датчиків [23,32,36]. У наших попередніх дослідженнях гібридні матеріали отримували, використовуючи як ковалентну, так і нековалентну функціоналізацію поверхні УНТ молекулами фталоціаніну [37]. Було показано, що гібридні матеріали демонстрували кращі характеристики датчиків, ніж первозданні нанотрубки завдяки поєднанню таких властивостей УНТ, як електропровідність та розвинена площа поверхні з додаванням металевих фталоціанінів, а саме. їх висока реакція датчика на газоподібні речовини і здатність утворювати впорядковані тонкі плівки.