Een poreus materiaal met op maat gemaakte zakken die in de structuur zijn gestikt, is een veelbelovend materiaal voor het detecteren van schadelijke gassen. Een dunne film van het materiaal, gecoat op een elektrode, vormden een elektronische sensor die sporen van zwaveldioxidegas kon detecteren. De sensor is een belangrijke stap in de richting van apparaten in de echte wereld die gevaarlijke gassen in de echte lucht kunnen opsnuiven.

Hoewel verschillende laboratoriumgebaseerde analytische instrumenten sporen van een specifiek gas in de lucht kunnen detecteren, deze instrumenten zijn doorgaans groot, duur, energieverslindende machines. Er is nog steeds behoefte aan kleine, goedkoop, energiezuinige sensoren die, bijvoorbeeld, zou op grote schaal kunnen worden ingezet rond industrieterreinen om de luchtkwaliteit continu te bewaken.

Een veelbelovende manier om dergelijke sensoren te maken, zijn poreuze materialen die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd. Door de MOF te maken van verschillende metaalatomen en organische linkers, onderzoekers kunnen materialen maken die selectief specifieke gassen absorberen in op maat gemaakte zakken in de structuur. Twee KAUST-onderzoeksgroepen, onder leiding van materiaalwetenschapper, Mohammed Eddaoudi, en elektronische ingenieur, Khaled Salama, hebben onlangs samengewerkt om MOF-gebaseerde gassensoren te ontwikkelen.

De eerste stap werd in 2015 voltooid toen het team een ​​proof-of-concept-sensor maakte door een MOF-laag op een elektrode te coaten. Het apparaat detecteert gassen op dezelfde manier als een touchscreen een vinger. Het gas verandert de capaciteit van de MOF-sensor, een elektronische eigenschap die direct kan worden gemeten met behulp van de elektrode.

Nutsvoorzieningen, het team werkt aan specifieke toepassingen. "Ons huidige werk is gericht op het identificeren van de ideale MOF, in termen van gevoeligheid en selectiviteit, voor detectie van zwaveldioxide, " zegt Valeriya Chernikova, een doctoraat student van Eddaoudi's lab.

De onderzoekers kozen een op indium gebaseerde versie van een MOF genaamd MFM-300 als hun sensormateriaal. Onder milde omstandigheden die het sensorcircuit niet beschadigen, kan een dunne film van het materiaal op de elektrode groeien. Het resulterende materiaal vormt zakken die zijn bekleed met twee -OH-groepen en vier C-H-groepen die selectief zwaveldioxidemoleculen binden. In laboratoriumtests met eenvoudige mengsels van gassen, de sensor kon zwaveldioxide detecteren in concentraties van slechts enkele delen per miljard.

Om de technologie te gebruiken voor echte lucht - die een veel complexer mengsel van gassen omvat - is de volgende stap het ontwikkelen van sensorarrays die de reacties van meerdere MOF-materialen bundelen, zegt Tsjernikova. "De gegevens zullen worden verwerkt met behulp van verschillende statistische en machine learning-algoritmen om de nauwkeurigheid van de reactie van de sensor te verbeteren, " vervolgt ze. "Dit wordt gewoonlijk een 'kunstneus' genoemd."