Un grupo de científicos de la Universidad Federal de Siberia (SFU, Krasnoyarsk, Rusia) y el Instituto Nikolaev de Química Inorgánica (NIIC, Novosibirsk, Rusia) han combinado las propiedades útiles de las ftalocianinas metálicas y las membranas de paladio para crear capas activas en detectores de hidrógeno. Esta operación aumenta significativamente la sensibilidad de los sensores. El estudio se informa en las revistas Tintes y Pigmentos y Revista Internacional de Energía de Hidrógeno .

Los sensores de alta sensibilidad para detectar gases son muy importantes para el medio ambiente, ya que permiten a los científicos realizar evaluaciones cualitativas y cuantitativas del contenido de varios gases en el aire (por ejemplo, monóxido de carbono o amoníaco peligrosos). Los datos obtenidos contribuyen a combatir la contaminación. Por otra parte, Allí los sensores juegan un papel importante en la medicina. Existe una enfermedad llamada malabsorción:las personas diagnosticadas exhalan más hidrógeno. Si hacemos sensores de alta sensibilidad capaces de detectar un pequeño aumento en la concentración de hidrógeno, esta enfermedad se puede diagnosticar con éxito.

Los detectores discutidos en el documento tienen una estructura de tres capas. En la parte inferior hay un sustrato (que también es un electrodo conductor) al que se aplica una película de ftalocianinas (compuestos heterocíclicos de color azul oscuro), y finalmente, una capa de paladio sobre esta película. No es fácil producir un sensor de este tipo. Para hacer esto, es necesario obtener una fina película de ftalocianinas, y luego depositar una capa de paladio encima. Para conseguir este metal se utilizan precursores (compuestos orgánicos que contienen átomos de paladio). Después de calentar, se descomponen, los fragmentos orgánicos se evaporan, y los átomos de metal forman una capa con la estructura y el espesor requeridos.

El sensor funciona así:el hidrógeno penetra fácilmente en el paladio, y, actuando sobre la superficie de la película de ftalocianina, cambia su conductividad. "Las películas delgadas de ftalocianina son semiconductores en sí mismos. Y es a partir del cambio de conductividad que podemos juzgar si el hidrógeno se" pega "o no, y en qué concentración está contenido en el aire, "dijo Pavel Krasnov, Doctor. en física y matemáticas, investigador senior del Instituto de Nanotecnología, Espectroscopia y química cuántica de SFU.

Los autores obtuvieron e investigaron la estructura cristalina de películas delgadas de ftalocianinas de paladio, así como la forma en que su estructura se ve alterada por los átomos de flúor (actuando como sustituyentes). La ftalocianina es una molécula plana con átomos de hidrógeno en sus bordes. Previamente, los autores del artículo demostraron que la introducción de átomos de flúor en la estructura de la ftalocianina aumenta la respuesta sensorial (indicador de sensibilidad) de estos compuestos, ya que interactúan con las moléculas de gas. El flúor es un elemento más electronegativo en comparación con el hidrógeno, como resultado de lo cual es capaz de "extraer" más electrones de otros átomos de ftalocianina, incluido el átomo de metal ubicado en el centro. Un aumento en la carga positiva de un átomo de metal promueve una unión más fuerte de las moléculas de gas, dado que tal vínculo surge predominantemente del mecanismo donante-aceptor. Una molécula de gas es un donante de electrones (da electrones), y un átomo de metal es su aceptor (los une).

Esta hipótesis fue confirmada por científicos de SFU con la ayuda de cálculos químicos cuánticos, y sus colegas del NIIC como resultado de la realización directa de un trabajo experimental que finalmente permitió la creación de prototipos de sensores.

Ahora, los científicos planean continuar con el proyecto. Les gustaría probar la posibilidad de utilizar diferentes sustratos, para "plantar" ftalocianinas en estructuras de carbono, es decir, grafeno o nanotubos de carbono. Tal reemplazo dará una respuesta más fuerte y hará que el sensor sea más sensible al hidrógeno. La segunda línea de investigación prometedora es adelgazar la capa de paladio (también para mejorar la respuesta del sensor).