ИСТИНА

Проект направлен на развитие фундаментальных представлений о взаимосвязи состава, структуры, активных центров поверхности и функциональных свойств новых газочувствительных материалов на основе полупроводниковых сложных оксидов металлов: BiVO4 и Bi4V2O11 со слоистой структурой, фаз Ауривиллиуса Bi2MoO6, Bi2W2O9 и Bi2WO6 и флюоритоподобных Bi4MoO9 и Bi2Mo3O12. Материалы предназначены для газовых сенсоров, имеющих улучшенную селективность детектирования токсичных, взрыво- и пожароопасных газов в концентрации на уровне ПДК.

The project aims to develop fundamental understanding of the relationship between the composition, structure, surface active sites, and functional properties of new gas-sensing materials based on semiconducting complex metal oxides: BiVO4 and Bi4V2O11 with a layered structure, Aurivillius phases Bi2MoO6, Bi2W2O9, and Bi2WO6, and fluorite-like Bi4MoO9 and Bi2Mo3O12. These materials are intended for gas sensors with improved selectivity for detecting toxic, explosive, and flammable gases at concentrations at the maximum permissible concentration level.

1) Будут определены преобладающие формы хемосорбированного кислорода (молекулярные и атомарные заряженные формы) на поверхности InVO4 и BiVO4 в зависимости от температуры, будут определены кинетические параметры хемосорбции (константы скорости и энергия активации). Будет определено изменение природы и концентрации парамагнитных донорных (вакансии кислорода, катионы V4+) и акцепторных центров (хемосорбированный атомарный и молекулярный кислород) в зависимости от присутствия газообразного кислорода. 2) Будут синтезированы новые газочувствительные материалы на основе Bi4V2O11 со слоистой структурой, Bi4MoO9 и Bi2Mo3O12 с кубической структурой типа флюорита и Bi2W2O9 со структурой фаз Ауривиллиуса с размером кристаллитов 5-50 нм и развитой поверхностью (1-50 м2/г). Будет определена морфология висмут-содержащих сложных оксидов. 3) Будут синтезированы нанокомпозиты In2O3-V2O5 с соотношением компонентов в диапазоне 25-75 мол.% с размером кристаллитов каждой фазы 5-50 нм и удельной площадью поверхности 10-50 м2/г. 4) Будут определены концентрации кислотных (поверхностные ОН-группы и катионы), окислительных (поверхностные формы кислорода) и парамагнитных донорных (вакансии кислорода, частично восстановленные катионы) и акцепторных центров (хемосорбированных форм кислорода) в зависимости от состава и структуры висмут-содержащих сложных оксидов и нанокомпозитов In2O3-V2O5. 5) Будут определены тип и энергия активации проводимости, газовая чувствительность и селективность висмут-содержащих сложных оксидов (Bi4V2O11, Bi4MoO9, Bi2Mo3O12, Bi2W2O9) и нанокомпозитов In2O3-V2O5 в зависимости от состава и структуры материалов. 6) Процессы адсорбции и окислительно-восстановительного взаимодействия материалов с токсичными газами в системах, показавших селективную газовую чувствительность, будут исследованы методом in situ ИК-спектроскопии диффузного отражения при комнатной температуре и при нагревании до 100-300°C.

В результате работ за последние 3 года определены условия получения нанокристаллических полупроводниковых сложных оксидов с различным составом и структурой (шеелитоподобные BiVO4 и InVO4, фазы Ауривиллиуса Bi2MoO6 и Bi2WO6). Показана их улучшенная газовую чувствительность и селективность по отношению к токсичным газам (H2S, NO2, ацетон), по сравнению с простыми оксидами (In2O3, V2O5, MoO3. WO3). Предложены модели, объясняющие роли катионов на поверхности сложных оксидов металлов в процессах избирательной адсорбции и окислительно- восстановительного взаимодействия с анализируемыми газами.