Анотація до роботи:

Матушко І.П. Каталітичне окиснення водню та карбон монооксиду на напівпровідникових матеріалах на основі SnO₂, модифікованих добавками оксидів перехідних металів, та чутливість відповідних сенсорів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

Дисертація присвячена встановленню взаємозв’язку між каталітичною активністю сенсорних матеріалів з нанесеними 3d-металами (Co, Ni, Fe, Cu) різної концентрації в реакціях окиснення водню і карбон монооксиду та чутливістю відповідних сенсорів. Вивчено кінетику та механізм реакцій окиснення Н₂ та СО на сенсорних матеріалах, запропоновано кінетичні рівняння, які описують всю сукупність отриманих експериментальних даних. Досліджено чутливість сенсорів на основі SnO₂ з різною концентрацією добавок 3d-металів до Н₂ та СО. Визначено оптимальний склад сенсорів, який забезпечує максимальну їх чутливість до Н₂ та СО. Встановлено механізм чутливості сенсорів з урахуванням каталітичних властивостей відповідних сенсорних матеріалів в реакціях окиснення СО та Н₂. Показано, що енергія зв’язку «оксиген – поверхня» грає вирішальну роль у формуванні максимальної чутливості сенсорів до Н₂ та СО. Запропоновано активні каталізатори окиснення Н₂ та СО та бездрагметальні сенсори для вимірювання концентрації Н₂ та СО у повітрі, які знайшли практичне впровадження при створенні адсорбційно-нарівпровідникового хроматографічного детектора та у приладі для вимірювання водню у повітрі.

Встановлений у роботі зв’язок чутливості сенсорів з перебігом реакцій окиснення на його поверхні може бути використаним для створення нових сенсорів із спрямованою чутливістю та селективністю до певних газів.

1. Запропоновані нетрадиційні гетерогенні каталізатори на основі SnO₂ з добавками 3d-металів (Co, Ni, Fe, Cu) та досліджено їх каталітичні властивості в реакціях окиснення Н₂ та СО. Показано, що каталітична активність зразків проходить через максимум при підвищенні вмісту кожної з добавок.

2. Методом РФЕС показано, що ступінь окиснення стануму в сформованих зразках дорівнює (4+). Ступінь окиснення стибію при прожарюванні зразка змінюється з (3+) на (5+). Перехідні метали мають максимальну позитивну ступінь окиснення.

3. Дослідженням кінетики реакцій окиснення Н₂ та СО на сенсорних матеріалах з добавками 3d-металів встановлено перший порядок реакції за Н₂ та СО та нульовий за киснем. Показано, що реакції окиснення Н₂ чи СО перебігають за ударним механізмом через взаємодію відповідної газової молекули з міцно хемосорбованим оксигеном.

4. Показано, що чутливість сенсорів до СО або Н₂ проходить через максимум зі збільшенням вмісту кожного з 3d-металів у складі чутливого шару сенсора. Ці максимуми відповідають таким складам сенсорних матеріалів, для яких спостерігаються максимуми каталітичної активності в реакціях окиснення Н₂ та СО.

5. Показано, що ряди каталітичних активностей сенсорних матеріалів з добавками оксидів Co, Ni, Fe в реакціях окиснення Н₂ та СО співпадають з рядами чутливості сенсорів до Н₂ та СО, відповідно, і співпадають з відомими з літератури рядами каталітичної активності оксидів перехідних металів в реакціях окиснення Н₂ та СО, що вказує на вирішальну роль енергії зв’язку «оксиген – каталізатор» в механізмі окиснення газу та чутливості сенсорів. Винятком є сенсорні матеріали з добавками купруму, для яких висока каталітична активність не співпадає з низькою сенсорною активністю, що має причиною підвищення загальної електричної провідності зразків з добавками Cu за рахунок заміщення купрумом стануму у вузлах кристалічних граток SnO₂.

6. Створено бездрагметальний сенсор водню, який за чутливістю та стабільністю роботи не поступається сенсору з добавками паладію. Показано перспективу використання розробленого сенсора в автоматизованому приладі для аналізу водню в повітрі.

Публікації автора:

1. Адсорбційно-напівпровідниковий сенсор на основі SnO₂ з домішками Pd для селективного визначення Н₂ у повітрі. / І. П. Матушко, Н. П. Максимович, А. В. Яцимирський [та ін.] // Український хімічний журнал. — 2007. — Т. 73. — № 9. — С. 49—53. (Особистий внесок автора: дослідження чутливості та швидкодії сенсорів до водню, хроматографічний аналіз водню).

2. Прибор на основе адсорбционно-полупроводникового сенсора для измерения концентрации водорода в воздухе. Ж. / И. П. Матушко, Н. П. Максимович, А. В. Яцимирский [та ін.] // Заводская лаборатория. — 2007. — Т. 73. — № 10. —
   С. 22—25. (Особистий внесок автора: створення сенсора для приладу).

3. Дослідження стабільності довготривалої роботи адсорбційно-напівпровідникових сенсорів водню. / І. П. Матушко, Н. П. Максимович,
   А. В. Яцимирський [та ін.] // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія хімічна. — 2007. — № 45. — С. 8—10. (Особистий внесок автора: вимірювання електричного опору сенсорів в аналізованому газі, обробка отриманих результатів).

4. Адсорбційні властивості промотованих 3d-металами сенсорних матеріалів на основі SnO₂. / І. П. Матушко, О. В. Іщенко, А. В. Яцимирський [та ін.] // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія хімічна. — 2008. — № 46. — С. 21—22. (Особистий внесок автора: синтез сенсорних матеріалів, дослідження їх каталітичної активності в реакціях окиснення водню та СО).

5. Чувствительность к водороду и каталитические свойства в реакции окисления водорода промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO₂ / И. П. Матушко, В. К. Яцимирский, Н. П. Максимович [та ін.] // Теоретическая и экспериментальная химия. — 2008. — Т. 44. — № 2. — С. 121—125. (Особистий внесок автора: синтез сенсорних матеріалів, дослідження чутливості сенсорів до водню, вивчення кінетики перебігу реакції окиснення водню на сенсорних матеріалах з добавками 3d-металів).

6. Каталитические свойства промотированных 3d-металлами сенсорных материалов на основе SnO₂ в реакции окисления монооксида углерода /
   И. П. Матушко, В. К. Яцимирский, Н. П. Максимович [та ін.] // Український хімічний журнал. — 2008. — Т. 74, — № 7. — С. 22—26. (Особистий внесок автора: синтез сенсорних матеріалів, вивчення кінетики перебігу реакції окиснення карбон монооксиду на сенсорних матеріалах з добавками 3d-металів).

7. Матушко І. П. Дослідження можливості створення детектора органічних та неорганічних газів на базі напівпровідникового сенсора /
   І. П. Матушко, Н. П. Максимович // Сучасні проблеми хімії : 4-а Всеукр. конф. студентів та аспірантів, 21—22 травня 2003 р. : зб. тез доп. — К. : ВПЦ КНУ,
   2003. — С. 171—172.

8. Матушко І. П. Високочутливий та селективний аналіз Н₂ та СН₄ за допомогою адсорбційно-напівпровідникового сенсора / І. П. Матушко // Сучасні проблеми хімії : 5-а Всеукр. конф. студентів та аспірантів, 20–21 травня 2004 р. : зб. тез доп. — К.: ВПЦ КНУ, 2004. — С. 107.

9. Матушко І. П. Адсорбційно-напівпровідниковий сенсор Н₂ на основі SnO₂ / І. П. Матушко, Н. П. Максимович // Сучасні проблеми хімії : 6-а Всеукр. конф. студентів та аспірантів, 17—18 травня 2005 р. : зб. тез доп. — К. : ВПЦ КНУ,
   2005. — С. 129.

10. Матушко И. П. Исследования по созданию бездрагметалльных сенсоров водорода / И. П. Матушко, В. К. Яцимирский, Н. П. Максимович [та ін.] // Современная химическая физика : ХVII Симпозиум, 18—29 сентября 2005 г. : тезисы докладов. — Туапсе, 2005. — С. 111—112.

11. Matushko I. P. Development of the adsorption semiconductor sensor based on SnO₂ with additions of Pd to operate it as a chromatographic detector / I. P. Matushko, A. V. Yatsimirsky, N. V. Nikitina [та ін.] // Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Application : 10^th Ukrainian-Polish Symposium, September 26—30, 2006. : proceedings. — Lviv, Ukraine, 2006. — С. 242—245.

12. Matushko I. P. Adsorption semiconductor sensors to analyse H₂ based on SnO₂ with additives of Co- or Fe-oxides / I. P. Matushko, N. P. Maksymovych, N. V. Nikitina [та ін.] // ISIC-11 : 11^th International Seminar on Inclusion Compounds, June 10—15, 2007. : book of abstracts. — Kyiv, Ukraine, 2007. — Р. 144.

13. Matushko I. Adsorption semiconductor sensors to analyse H₂ in air / I. Matushko, N. Maksymovych, N. Nikitina [та ін.] // 4^th International Chemistry Conference. 6—8 juin 2007. : book of abstracts. — Universite Paul Sabatier, Toulouse, 2007. — Р. 18.

14. Matushko I. Study of influence of additions of Co, Ni, Fe or Cu on sensititivity of adsorption semiconductor sensors towards H₂ / I. Matushko, N. Maksymovych, A. Yatsimirsky [та ін.] / Modern Physical Chemistry for Advanced Materials (MPC’07) : International Conference, June 26—30, 2007. : book of abstracts. — Kharkiv, Ukraine, 2007. — Р. 368—370.

15. Матушко И. П. Бездрагметальные адсорбционно-полупроводниковые сенсоры на основе SnO₂ с добавками оксидов Со и Ni. / И. П. Матушко,
    Н. П. Максимович, Н. В. Никитина [та ін.] / Сучасні проблеми фізичної хімії :
    ІІІ Міжнар. конф., 26—30 червня 2007 р. : зб. тез доп. — Донецьк. — 2007. —
    C. 65—66.