Исследователи из Питсбургского университета (США) сумели получить коаксиальный кабель с обмоткой из золотой нанопроволоки в качестве необходимого компонента для создания недорогих детекторов ядовитых газов, содержащихся в газе природном.

Руководитель проекта Александр Стар и его коллеги из Национальной лаборатории энерготехнологий (NETL) предложили оригинальный метод самосборки, использующий молекулярные каркасы углеродных нанотрубок для роста нанопроводов золота. Полученные результаты учёные опубликовали в Journal of the American Chemical Society.

Рис. 1. Иллюстрация Alexander Star / University of Pittsburgh.

Как поясняет г-н Стар, большинство стандартных методов определения газов требует массивного и дорогого оборудования. Вывод напрашивается сам собой: нужны небольшие датчики, построенные на детекторах из наноматериалов. Газовщики и нефтяники могли бы постоянно носить их с собой для фиксации сероводорода, одного из главных токсинов природного газа.

Учёные обнаружили, что наноматериалы на основе золота идеально подходят для определения именно сероводорода, благодаря высокому сродству золота к двухвалентной сере и уникальным физическим свойствам наноструктур. Подбирая подходящий молекулярный каркас для поддержания процесса самосборки наноматериала, исследователи экспериментировали с углеродными нанотрубками и графеном, используя компьютерное моделирование, рентгеновскую дифракцию и просвечивающую электронную микроскопию. Затем продукт тестировался на отношение к присутствию сероводорода.

Для получения золотых нанопроволок углеродные нанотрубки суспендировались в растворе кислого тетрахлораурата (HAuCl₄). По мере перемешивания и нагревания смеси золото восстанавливалось, образуя наночастицы на внешних стенках углеродных нанотрубок. В результате формировались высокопроводящие «коаксиальные провода» из золотых нанопроволочек и углеродных нанотрубок.

Рис. 2. Синтез и описание золотых нанопроволок (иллюстрация Alexander Star / University of Pittsburgh).

Чтобы оценить способность нанопроволок детектировать сероводород, г-н Стар и коллеги нанесли получившийся композитный материал на чип, содержащий матрицу золотых электродов. Рабочий прототип сумел определить присутствие сероводорода на уровне 5 ppb (части на миллиард), что сравнимо с используемыми сегодня технологиями.

Кроме того, исследователи смогли определить наличие сероводорода в сложной газовой смеси, подобной природному газу.

Сейчас группа тестирует пределы обнаружения сероводорода экспериментальным чипом, применяя настоящие образцы смесей из газовых колодцев.