Ученые ЛЭТИ синтезировали недорогой двумерный наноматериал для создания высокоточных сенсоров опасных газов
Полученное соединение – графитоподобный нитрид углерода (g-C3N4) – может также найти применение в инновационных технологиях очистки воды.
Вопросы охраны окружающей среды и контроля за состоянием атмосферного воздуха не теряют своей актуальности, в том числе для городов с крупным промышленным производством.
Для оперативного обнаружения и предотвращения негативных последствий выделения опасных газов, ряд из которых не имеет цвета и запаха, ученые занимаются разработкой различных видов газоанализаторов, которые бы обладали достаточной точностью и дешевизной, чтобы можно было наладить массовое производство. В настоящее время большой интерес в этой области представляют полупроводниковые наноразмерные сенсоры. По сравнению с другими типами материалов их главными преимуществами являются низкая стоимость и простота изготовления.
«Мы разработали метод синтеза g-C3N4 – это двумерный (толщиной в один атом) полупроводниковый наноматериал с кристаллической структурой, аналогичной графиту. Он характеризуется простотой производства из распространенных и недорогих материалов», - рассказала доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Светлана Налимова.
Ученые ЛЭТИ получили наночастицы материала g-C3N4 путем термической конденсации азотосодержащих соединений (таких как меламин, дициандиамид и мочевина). Формой, размером и структурой g-C3N4 легко управлять, изменяя скорость нагрева, температуру и время конденсации. Затем из наночастиц g-C3N4 исследователи синтезировали двумерные слои при помощи метода ультразвуковой эксфолиации.
«Благодаря своим свойствам g-C3N4 открывает возможности для создания нового класса газовых сенсоров, которые будут превосходить существующие аналоги по чувствительности, компактности и экономичности. Кроме того, g-C3N4 характеризуется биосовместимостью и отличными каталитическими свойствами. Первое представляет интерес в медицине, а второе, например, в очистке воды от органических загрязнений», - пояснил аспирант кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Конг Доан Буй.
Еще одно потенциально перспективное назначение графитоподобного нитрида углерода – перовскитные панели для солнечной энергетики (фотовольтаики). В этом случае g-C3N4 может формировать слои, которые будут «залечивать» дефекты и лучше проводить электрический ток. Изучение возможностей применения g-C3N4 в фотовольтаике – одно из направлений дальнейшей работы ученых ЛЭТИ.
Как отметил вице-губернатор Санкт-Петербурга Владимир Княгинин, это еще одно важное направление исследований университета ЛЭТИ, реализуемое в рамках федеральной флагманской программы «Приоритет-2030». Она ориентирована на раскрытие научно-образовательного и инновационного потенциала вузов, усиление их вклада в социально-экономическое развитие регионов и достижение поставленной Президентом национальной цели технологического лидерства страны.
«Данная разработка имеет большую практическую значимость и направлена на решение таких актуальных задач, как обеспечение экологической безопасности, - подчеркнул Владимир Княгинин. – Мы крайне заинтересованы в раскрытии исследовательского потенциала научно-образовательных организаций нашего города и будем и дальше оказывать им в этом всяческое содействие».
Совместно со специалистами СПбГЭТУ «ЛЭТИ», в исследовании приняли участие представители Вьетнамского государственного технического университета им. Ле Куй Дона и СПбПУ.