Van astronauten en onderzeeërs tot mijnwerkers en reddingswerkers, mensen die in kleine, besloten ruimtes hebben een goede luchtkwaliteit nodig om veilig en effectief te kunnen werken. Elektronische sensoren die nu door een KAUST-team zijn ontwikkeld, kunnen tegelijkertijd ten minste drie kritische parameters detecteren die belangrijk zijn om te bewaken om menselijk comfort en veiligheid te garanderen.

Deze nieuwe sensoren gebruiken gefluoreerde metaal-organische raamwerken (MOF's) als de detectielaag. MOF's zijn poreuze materialen die bestaan ​​uit een regelmatige reeks metaalatomen die bij elkaar worden gehouden door kleine organische molecuul-linkers om een ​​zich herhalende kooiachtige structuur te vormen. Mohamed Eddaoudi van KAUST, die de twee onderzoeken naar de werkzaamheid van de sensor leidde, legt uit dat door de metalen en organische componenten te veranderen, MOF's kunnen worden afgestemd op toepassingen variërend van gasscheiding en opslag tot katalyse en detectie.

"Veel mensen hebben geprobeerd om eenvoudige, efficiënt, goedkope SO ₂ , CO ₂ en H ₂ O sensoren zonder succes, " zeggen onderzoekers Mohamed Rachid Tchalala, Youssef Belmabkhout en Prashant Bhatt, allemaal uit Eddoudi's lab.

De aanpak van Eddaoudi's groep was om een ​​gefluoreerde MOF te ontwikkelen, die Belmabkhout en Tchalala testten als sensormaterialen voor deze gassen. Het testen van deze ultramoderne materialen gebeurde in samenwerking met Khaled Nabil Salama en zijn team.

De eerste studie laat zien hoe de sensor de concentratie kooldioxide en de luchtvochtigheid in de lucht kan meten. Hoewel de tweede studie van dezelfde gefluoreerde MOF's aantoont dat het het schadelijke en corrosieve gas zwaveldioxide kan detecteren, of zelfs selectief verwijderen uit het rookgas van de krachtcentrale.

"Sporen van SO ₂ zijn steevast aanwezig in het rookgas van fabrieken en krachtcentrales, en dus ₂ kan materialen vergiftigen die zijn ontwikkeld om CO . op te vangen ₂ voor het afvangen en opslaan van koolstof, " zeggen Belmabkhout en Bhatt. "AlFFIVE-1-Ni kan SO . opzuigen ₂ met een affiniteit die 66 keer hoger is dan voor CO ₂ , terwijl het een goede stabiliteit vertoont tegen SO ₂ blootstelling."

De MOF's kunnen ook worden gebruikt met twee eenvoudige, goedkope hooggevoelige sensorplatforms. Kwartskristalmicrobalans (QCM)-sensoren die zijn gecoat met een dunne film van MOF, detecteerden de verandering in massa met de absorptie van SO ₂ , of water en CO ₂ . evenzo, MOF-gecoate interdigitale elektrodesensoren detecteerden een verandering in elektronische eigenschappen met de absorptie van water en CO ₂ .

Beide sensorplatforms, het team toonde, kon vocht en CO . monitoren ₂ niveaus onder reële atmosferische omstandigheden. "Het signaal is gekalibreerd tegen CO ₂ concentratie, vochtigheidsgraad en mengsels van beide, " legt Tchalala uit. Een op QCM gebaseerde sensor kan ook SO . detecteren ₂ in de lucht met niveaus van slechts 25 delen per miljoen.