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KAIST开发出高灵敏度氢气传感器

时间:2017-10-16 07:38:47来源:中国氢能源网

  据国外网站报道:氢气是一种易燃气体,即使有微小的火花也可能引发爆炸。氢气爆炸极限是4 vol%,因此,传感器要求能快速检测出无色无味的氢气分子。此外,美国能源部最近发布的指南也强调了传感器能迅速检测出氢气的重要性,氢气传感器需要能在60秒内达到充足的响应和恢复次数,检测出1 vol%浓度的氢气。

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钯纳米线超高速氢气传感器、传感器金属有机骨架材料涂层SEM图像及传感器特性曲线

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研究团队(从左到右依次为:Kim教授、博士后研究员Won-Tae KooPenner教授)

近日,来自韩国科学技术院(KAIST)的科研团队开发了一种超高速高灵敏度氢气传感器,它能在7秒钟之内检测到浓度低于1%的氢气。这种传感器也可以60秒之内,检测到室温条件下万分之几浓度的氢气。

由韩国科学技术院材料科学与工程系的Il-Doo Kim教授领衔的科研团队与加州大学尔湾分校的Reginald M.Penner教授课题组合作,开发出一种基于涂有金属有机骨架配合物(MOF)的钯(Pd)纳米线的超高速氢气检测系统。

为了克服基于Pd的氢气传感器的局限性,研究团队在Pd纳米线阵列的顶部加入了金属有机骨架配合物。光刻的Pd纳米线涂覆了一层Zn基的沸石咪唑酯骨架(ZIF-8),它由Zn离子和有机配体组成。ZIF-8薄膜浸渍在含有Zn(NO3)2·6H2O and 2-甲基咪唑的甲醇溶液中,从而轻易地涂覆到Pd纳米上。

合成的沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)由含有大量0.34纳米和1.16纳米微孔的高度多孔材料组成。氢气的动力学直径是0.289纳米,能够轻易穿透ZIF-8薄膜,而大分子(大于0.34纳米),可以被MOF薄膜有效地筛选。因此,Pd纳米线上的ZIF-8过滤器能让氢气分子有效渗透,从而加速了Pd基的氢气传感器反应速度,使之相比于原始的Pd纳米线,在室温条件下的恢复和响应速度快20倍。

Kim教授期待该款超快速高灵敏度的氢气传感器能用于预防由氢气泄露而发生的爆炸事故。除此之外,他还希望可以通过使用各种各样的MOF层进行有效的纳米过滤,精准检测出空气中的有害气体。

报道称,该项研究由博士后研究员Won-Tae Koo(第一作者),Kim教授(合作通讯作者)和Penner教授(合作通讯作者)合作进行。研究论文已在线发表在《ACS Applied Materials and Interfaces》期刊,并作为9月刊的封面图片。

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