Автор AZoNano 9 декабря 2020 г.

В последние годы водород (H ₂ ) стал лучшим вариантом чистой энергии в нашем поиске альтернативного топлива для смягчения экологических проблем, таких как глобальное потепление. Названные «батареями будущего», топливные элементы H ₂ рекламируются как топливо для будущего поколения.

Хотя это все хорошо, с H ₂ есть одна серьезная проблема: как и любое другое газовое топливо, оно очень взрывоопасно.

Небольшая искра может вызвать взрыв при наличии всего 4% H ₂ просочившегося в воздух, как это произошло в мае 2019 года в Канныне, Корея, и в июне того же года. год на заправочной станции Uno-X в Норвегии.

Следовательно, безопасность является серьезной проблемой при обращении с газом H ₂ ; это гарантирует обнаружение даже самых маленьких утечек H ₂ во избежание несчастных случаев.

Хотя детекторы утечек H ₂ доступны, для их работы требуются высокие температуры (например, газовые датчики на основе оксидов металлов и полупроводников), что делает их дорогими, недолговечными и опасными для использования в обнаружение взрывоопасного или горючего газа. Они также страдают от низкой чувствительности из-за отсутствия достаточного количества активных центров для обнаружения газа (таких как нанолисты оксида цинка [ZnO]). Поэтому ученые были заняты разработкой датчиков, которые могут преодолеть эти ограничения.

В новом исследовании, опубликованном в Датчики и исполнительные механизмы: B. Chemical группа ученых из Инчхонского национального университета, Корея, придумала новую комнатную температуру H ₂ Конструкция датчика, в которой используются «2D» листы оксида цинка нанометровой толщины, заполненные отверстиями нанометрового размера, и метко названа «2D-нанолистами Holey».

«Обычные нанолисты ZnO имеют низкую чувствительность из-за самопереупаковки, которая блокирует активные участки для обнаружения газа. Двумерные нанолисты с дырочками позволяют решить эту проблему за счет отверстий, открывающих заблокированные активные поверхности», – объясняет д-р Манджит Кумар, возглавлявший группу исследование.

Ученые термически "обработали" нанолисты ZnO при трех различных температурах (400 ° C, 600 ° C и 800 ° C), чтобы настроить их плотность отверстий, и изготовили сенсорные устройства H ₂ из этих образцов. и записали их реакцию на различные уровни H ₂ и других газов при концентрации газа 100 ppm (частей на миллион) при комнатной температуре.

Группа также исследовала обоснованность «теории металлизации», которая предполагает, что лежащий в основе чувствительный механизм обусловлен переходом от полупроводника к металлу, при котором ZnO «восстанавливается» до металлического Zn под воздействием H ₂ газ.

Они обнаружили, что нанолист ZnO, обработанный при 400 ° C ([email protected]), с максимальным количеством отверстий, показал самый высокий отклик на 100 ppm H ₂ наряду с самым быстрым временем отклика. ~ 9 с.

Кроме того, [email protected] также показал высокую повторяемость и стабильность примерно 97-99% через 45 дней. Наконец, они обнаружили, что экспериментальные доказательства подтверждают теорию металлизации.

Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что двумерные дырчатые нанолисты ZnO обладают замечательными физико-химическими свойствами, которые потенциально могут революционизировать характеристики обнаружения газа в будущем. Доктор Кумар предполагает: «Датчики комнатной температуры H ₂ будут играть ключевую роль в технологиях будущего, особенно с появлением Интернета вещей. Наши дырявые датчики на основе 2D ZnO позволят реализовать инновационные Устройства обнаружения H2, которые могут обнаруживать утечку газа на ранней стадии и могут быть интегрированы со смартфонами и умными часами »,

С видением яркого будущего, основанного на H ₂ впереди нас, эта технология имеет большое значение для обеспечения «безопасного» пути к материализации этого видения!

Источник: http://www.inu.ac.kr/mbshome/mbs/inuengl/index.html