Itin greitas ir itin jautrus vandenilio jutiklis

Anonim

KAIST komanda padarė itin greitą vandenilio jutiklį, kuris gali aptikti vandenilio dujų lygį mažiau kaip 1% mažiau nei per septynias sekundes. Jutiklis taip pat gali aptikti šimtus dalių per milijoną vandenilio dujų lygių per 60 sekundžių kambario temperatūroje.

"KAIST" medžiagų mokslų ir inžinerijos departamento profesoriaus Il-Doo Kimo tyrimų grupė, bendradarbiaudama su Kalifornijos universiteto Irvine profesoriumi Reginaldu M. Penneriu, sukūrė itin greitą vandenilio dujų aptikimo sistemą, pagrįstą paladžiu (Pd) nanovamzdelių masyvas, padengtas metalo-organiniu pagrindu (MOF).

Vandenilis laikomas ekologišku naujos kartos energijos šaltiniu. Tačiau tai degios dujos, kurios gali sprogti net ir su maža kibirkštimi. Siekiant užtikrinti saugumą, vandenilio dujų apatinė sprogimo riba yra 4 tūrio%, todėl jutikliai turėtų greitai aptikti bespalvę ir bekvapę vandenilio molekulę. Neseniai JAV energetikos departamento gairėse buvo pabrėžta, kad svarbūs yra jutikliai, galintys greitai aptikti bespalvius ir bekvapius vandenilio dujas. Vadovaujantis gairėmis, vandenilio jutikliai turėtų aptikti 1 vol% vandenilio ore per mažiau nei 60 sekundžių, kad būtų tinkamai reaguoti ir atkūrimo laikas.

Siekiant įveikti Pd pagrįstų vandenilio jutiklių apribojimus, tyrimo grupė pristatė MOF sluoksnį ant Pd nanovamzdelių masyvo. Litografiškai pavaizduoti Pd nanovidai buvo tiesiog padengti Zn pagrindu pagamintu zeolito imidazolo pagrindu (ZIF-8) sluoksniu, sudarytu iš Zn jonų ir organinių ligandų. ZIF-8 plėvelė lengvai padengiama Pd nanovamzdžiais paprastuoju (2-6 valandų) panardymu į metanolio tirpalą, įskaitant Zn (NO3) 2 · 6H2O ir 2-metilimidazolį.

Kaip sintezuotas ZIF-8 yra labai porėtos medžiagos, sudarytos iš daugelio 0, 34 nm ir 1, 16 nm mikroporų, vandenilio dujos su kinetiniu diametru 0, 289 nm gali lengvai įsiskverbti į ZIF-8 membraną, o didelės molekulės (> 0, 34 nm) efektyviai patikrina MOF filtras. Taigi, filtro ZIF-8 ant Pd nanovamzdelių vandenilio molekulės įsiskverbia į dominuojančią padėtį, todėl Hd davikliai su Pd pagreitėja 20 kartų spartesniu atstatymu ir greičiu, palyginti su nejudančiais Pd nanovamzdžiais kambario temperatūroje.

Profesorius Kim tikisi, kad ypač greitas vandenilio jutiklis gali būti naudingas avarijų, susijusių su vandeniliu, nuotėkio prevencijai. Be to, jis tikisi, kad naudojant kitokius MOF sluoksnius galima tiksliai aptikti kitas kenksmingas ore esančias dujas veiksmingai nanofiltravimui.

Šį tyrimą atliko daktaro laipsnis. kandidatas Won-Tae Koo (pirmasis autorius), profesorius Kim (bendraautorius) ir profesorius Penner (bendraautorius). Tyrimas buvo paskelbtas ACS taikomosios medžiagos ir sąsajų internetiniame leidime, kaip rugsėjo mėnesio išleidžiamo paveikslo.

menu
menu