Um grupo de cientistas da Universidade Federal da Sibéria (SFU, Krasnoyarsk, Rússia) e o Instituto Nikolaev de Química Inorgânica (NIIC, Novosibirsk, Rússia) combinaram as propriedades úteis de ftalocianinas metálicas e membranas de paládio para criar camadas ativas em detectores de hidrogênio. Esta operação aumenta significativamente a sensibilidade dos sensores. O estudo é publicado em revistas Corantes e Pigmentos e Jornal Internacional de Energia de Hidrogênio .

Sensores de alta sensibilidade para detecção de gases são muito importantes para o meio ambiente, pois permitem que os cientistas façam avaliações qualitativas e quantitativas do conteúdo de vários gases no ar (por exemplo, perigoso monóxido de carbono ou amônia). Os dados obtidos ajudam no combate à poluição. Por outro lado, lá, os sensores desempenham um papel importante na medicina. Existe uma doença chamada má absorção - aqueles que são diagnosticados exalam mais hidrogênio. Se fizermos sensores de alta sensibilidade capazes de detectar um pequeno aumento na concentração de hidrogênio, esta doença pode ser diagnosticada com sucesso.

Os detectores discutidos no artigo têm uma estrutura de três camadas. No fundo está um substrato (que também é um eletrodo condutor) ao qual é aplicada uma película de ftalocianinas (compostos heterocíclicos de cor azul escuro), e finalmente, uma camada de paládio sobre este filme. Não é fácil produzir tal sensor. Para fazer isso, é necessário obter uma fina película de ftalocianinas, e, em seguida, deposite uma camada de paládio por cima. Para obter este metal, precursores são usados ​​(compostos orgânicos que contêm átomos de paládio). Após o aquecimento, eles se decompõem, fragmentos orgânicos evaporam, e átomos de metal formam uma camada com a estrutura e espessura necessárias.

O sensor funciona assim:O hidrogênio penetra facilmente no paládio, e, agindo na superfície do filme de ftalocianina, muda sua condutividade. "Filmes finos de ftalocianina são semicondutores em si. E é a partir da mudança na condutividade que podemos julgar se o hidrogênio está" aderindo "ou não, e em que concentração está contido no ar, "disse Pavel Krasnov, Ph.D. em física e matemática, pesquisador sênior do Instituto de Nanotecnologia, Espectroscopia e Química Quântica de SFU.

Os autores obtiveram e investigaram a estrutura cristalina de filmes finos de ftalocianinas de paládio, bem como a forma como sua estrutura é alterada pelos átomos de flúor (atuando como substituintes). A ftalocianina é uma molécula plana com átomos de hidrogênio em suas bordas. Anteriormente, os autores do artigo mostraram que a introdução de átomos de flúor na estrutura da ftalocianina aumenta a resposta sensorial (indicador de sensibilidade) desses compostos, à medida que interagem com as moléculas de gás. O flúor é um elemento mais eletronegativo em comparação com o hidrogênio, como resultado, ele é capaz de "puxar" mais elétrons de outros átomos de ftalocianina, incluindo o átomo de metal localizado no centro. Um aumento na carga positiva de um átomo de metal promove uma ligação mais forte das moléculas de gás, uma vez que tal ligação surge predominantemente do mecanismo doador-aceitador. Uma molécula de gás é um doador de elétrons (dá elétrons), e um átomo de metal é seu aceitador (os anexa).

Esta hipótese foi confirmada por cientistas da SFU com a ajuda de cálculos químicos quânticos, e seus colegas do NIIC como resultado da realização direta de trabalhos experimentais que eventualmente permitiram a prototipagem de sensores.

Agora, os cientistas planejam continuar o projeto. Eles gostariam de testar a possibilidade de usar diferentes substratos - para "plantar" ftalocianinas em estruturas de carbono - ou seja, grafeno ou nanotubos de carbono. Essa substituição dará uma resposta mais forte e tornará o sensor mais sensível ao hidrogênio. A segunda linha de pesquisa promissora é tornar a camada de paládio mais fina (também para melhorar a resposta do sensor).