Международная группа ученых из Институт общей и неорганической химии имени Курнакова РАН, Московский государственный университет имени Ломоносова и Еврейского университета в Иерусалиме разработала новый материал для высокочувствительных газовых сенсоров. В его основе — двумерный диоксид олова (2D-SnO2), способный фиксировать даже низкие концентрации водорода при влажности воздуха до 50 %. Результаты работы опубликованы в International Journal of Hydrogen Energy.
Технология особенно важна для водородной энергетики, нефтехимии, атомной промышленности, транспорта. Водород считается одним из самых перспективных экологичных источников энергии, однако он крайне взрывоопасен и способен проникать через многие твердые материалы. Даже небольшая утечка может привести к аварии.
Почему новый материал оказался эффективнее обычного
Исследователи предложили нестандартный способ синтеза диоксида олова — через промежуточную стадию пероксостанната аммония. Такой подход позволил избавиться от хлорид-ионов, которые обычно остаются после классического метода получения материала из тетрахлорида олова и ухудшают его свойства.
В зависимости от условий синтеза брутто-формулы соединений олова с пероксидными группами могут различаться. Чаще всего в материаловедении для описания этого прекурсора используется координационная формула ((NH4)2[Sn(O2)x(OH)6-x] где x — число пероксидных групп, замещающих гидроксильные ионы, например, в трипероксостаннате x=3.
Для формирования структуры ученые использовали оксид графена как подложку. После термообработки графен выгорал, а на его месте сохранялась тонкая двумерная структура диоксида олова с большой удельной поверхностью. Именно такая морфология обеспечила высокую чувствительность сенсора к водороду.
Испытания показали, что новый материал значительно лучше реагирует на водород, чем образцы, полученные традиционным способом. Причем высокая чувствительность сохранялась даже во влажном воздухе — это одна из главных проблем большинства существующих газовых датчиков.
Сенсор пригодится не только на заводах
Авторы считают, что разработка может использоваться не только для обнаружения утечек на промышленных объектах. Газовые сенсоры такого типа перспективны и для медицины — например, для анализа выдыхаемого воздуха. Некоторые заболевания сопровождаются изменением концентрации водорода и других газов в дыхании человека, поэтому подобные датчики рассматриваются как основа для неинвазивной диагностики.
В последние годы ученые по всему миру активно разрабатывают водородные сенсоры нового поколения. Например, в Германии исследователи Fraunhofer Society недавно представили Raman-LiDAR-систему для дистанционного обнаружения утечек водорода на промышленных объектах.
Особый интерес вызывает и медицинское направление. В 2026 году российские ученые представили графеновый сенсор для анализа выдыхаемого воздуха, способный обнаруживать ацетон — один из биомаркеров диабета и сердечной недостаточности. Подробнее об этом исследовании — в материале Hi-Tech Mail.
