Российские исследователи создали новый сенсор монооксида углерода, работающий в присутствии водорода
В последние десятилетия, особенно в связи с развитием альтернативной энергетики, стала актуальной задача разработки газовых сенсоров, способных выборочно определять концентрацию монооксида углерода в воздухе в присутствии водорода. Это очень важно, например, при обеспечении работы топливных элементов: малейшая примесь CO в водороде отравляет катализатор. Интерес к этой проблеме подтверждается тем, что количество публикаций, посвященных сенсорам к CO, с каждым годом неуклонно растет. Исследователи Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» предложили новый сенсор на основе каликсареновых соединений и фосфорновольфрамовой кислоты. Работа ученых опубликована в журнале Sensors and Actuators: B. Chemical.
Как и все электрохимические устройства, потенциометрические сенсоры состоят из электролита и двух электродов (рабочего и электрода сравнения). Среди множества протонпроводящих электролитов большое внимание привлекают гетерополисоединения из-за их каталитических свойств во многих процессах, включая окисление монооксида углерода. Однако в процессе изготовления мембран для потенциометрических датчиков используются непроводящие пластификаторы (например, полиэтилен или полиэтиленоксид) для увеличения их долговечности и улучшения механических свойств при прессовании (от растрескивания и отслаивания), добавление которых ухудшает свойства переноса протонов, что сказывается на сенсорных свойствах.
«Ранее нами была показана работоспособность композитных систем на основе гетерополисоединений и каликсарена в качестве протонопроводящих мембран в потенциометрических сенсорах водорода. В данной работе в качестве электролита мы выбрали композит оптимального состава с эквимолярным содержанием фосфорновольфрамовой гетерополикислоты и каликсаренсульфокислоты, а в качестве материала рабочего электрода – платинированный оксид олова, допированного сурьмой, с содержанием платины 3 массовых процента. Все материалы представляют собой порошки, а сами сенсоры собираются путем последовательного прессования всех слоев», - говорит первый автор статьи, старший научный сотрудник Центра компетенций, Любовь Шмыглева.
Как показали исследования, такие сенсоры при постоянной концентрации монооксида углерода не реагируют на изменение водорода, и наоборот, способны определять СО в воздухе в присутствии водорода даже при концентрациях близких к концентрациям СО. При этом время отклика сенсора на один объемный процент CО в воздухе составляет всего 12 секунд и не зависит от наличия водорода в воздухе вплоть до его концентрации в один объемный процент.