Un equipo de KAIST fabricó un sensor de hidrógeno ultrarrápido que puede detectar niveles de gas hidrógeno inferiores al 1% en menos de siete segundos. El sensor también puede detectar cientos de partes por millón de niveles de gas hidrógeno en 60 segundos a temperatura ambiente.
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Il-Doo Kim en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST, en colaboración con el profesor Reginald M. Penner de la Universidad de California-Irvine, ha desarrollado un sistema de detección de gas hidrógeno ultrarrápido basado enuna matriz de nanocables de paladio Pd recubierta con un marco organometálico MOF.
El hidrógeno se ha considerado como una fuente de energía ecológica de próxima generación. Sin embargo, es un gas inflamable que puede explotar incluso con una pequeña chispa. Por seguridad, el límite inferior de explosión para el gas hidrógeno es del 4% en volumen, por lo que los sensores deberíanpoder detectar rápidamente la molécula de hidrógeno incolora e inodoro. La importancia de los sensores capaces de detectar rápidamente el gas hidrógeno incoloro e inodoro se ha enfatizado en las recientes directrices emitidas por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Según las directrices, los sensores de hidrógeno deben detectar 1 vol% de hidrógeno en el aire en menos de 60 segundos para tiempos de respuesta y recuperación adecuados.
Para superar las limitaciones de los sensores de hidrógeno basados en Pd, el equipo de investigación introdujo una capa MOF en la parte superior de una matriz de nanocables Pd. Los nanocables Pd con patrones litográficos simplemente se revistieron con una capa de marco de imidazol de zeolita basada en Zn ZIF-8 compuestade iones de Zn y ligandos orgánicos. La película de ZIF-8 se reviste fácilmente sobre nanocables de Pd mediante simple inmersión durante 2-6 horas en una solución de metanol que incluye Zn NO3 2 · 6H2O y 2-metilimidazol.
Como se sintetizó ZIF-8 es un material altamente poroso compuesto por una serie de microporos de 0.34 nm y 1.16 nm, el gas hidrógeno con un diámetro cinético de 0.289 nm puede penetrar fácilmente dentro de la membrana ZIF-8, mientras que las moléculas grandes > 0,34 nm son efectivamente seleccionados por el filtro MOF. Por lo tanto, el filtro ZIF-8 en los nanocables Pd permite la penetración predominante de las moléculas de hidrógeno, lo que lleva a la aceleración de los sensores H2 basados en Pd con una recuperación y respuesta 20 veces más rápidavelocidad en comparación con nanocables de Pd prístinos a temperatura ambiente.
El profesor Kim espera que el sensor de hidrógeno ultrarrápido pueda ser útil para prevenir accidentes de explosión causados por la fuga de gas hidrógeno. Además, espera que otros gases nocivos en el aire puedan detectarse con precisión a través de una nanofiltración efectivamediante el uso de una variedad de capas MOF.
Este estudio fue llevado a cabo por el candidato al doctorado Won-Tae Koo primer autor, el Profesor Kim coautor correspondiente y el Profesor Penner coautor correspondiente. El estudio ha sido publicado en la edición en línea.de ACS Nano , como la imagen de portada de la edición de septiembre.
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Materiales proporcionado por El Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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