In recente jaren, waterstof (H ₂ ) is naar voren gekomen als de beste optie voor schone energie in ons streven naar een alternatieve brandstof voor het verminderen van milieuproblemen zoals de opwarming van de aarde. Geprezen als 'batterijen van de toekomst, ' H ₂ brandstofcellen worden aangeprezen als de brandstof voor de toekomstige generatie. Hoewel dit allemaal goed en wel is, er is één groot probleem met H ₂ :zoals elke andere gasbrandstof, het is zeer explosief. Een kleine vonk kan een explosie veroorzaken in de aanwezigheid van slechts 4% H ₂ lekte in de lucht, zoals gebeurde in mei 2019 in Gangneung, Korea, en juni van hetzelfde jaar bij het Uno-X tankstation in Noorwegen. Daarom, veiligheid is een belangrijk punt van zorg bij de behandeling van H ₂ gas; dit garandeert de waarneming van zelfs de kleinste H ₂ lekkage om ongelukken te voorkomen.

Terwijl detectoren voor H ₂ lekken zijn beschikbaar, ze vereisen hoge temperaturen om te werken (zoals de op metaaloxide halfgeleider gebaseerde gassensoren), waardoor ze duur zijn, van korte duur, en gevaarlijk om te gebruiken voor de detectie van een explosief of ontvlambaar gas. Ze lijden ook aan een lage gevoeligheid vanwege een gebrek aan voldoende actieve locaties voor gasdetectie (zoals zinkoxide [ZnO] "nanosheets"). wetenschappers, daarom, zijn druk bezig met het ontwikkelen van sensoren die deze beperkingen kunnen overwinnen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Sensoren en actuatoren:B. Chemical , een team van wetenschappers van de Incheon National University, Korea, hebben een nieuwe kamertemperatuur H . bedacht ₂ sensorontwerp dat gebruik maakt van nanometerdunne 2D-platen van zinkoxide gevuld met gaten van nanometergrootte, met de toepasselijke naam 'holey 2-D nanosheets'. "Gewone ZnO-nanosheets hebben een lage gevoeligheid vanwege zelf-herstapeling die de actieve sites voor gasdetectie blokkeert. Holey 2-D nanosheets omzeilen dit probleem met de gaten die geblokkeerde actieve oppervlakken openen, " legt Dr. Manjeet Kumar uit, die de studie leidde.

De wetenschappers behandelden ZnO-nanosheets thermisch bij drie verschillende temperaturen (400°C, 600°C, en 800°C) om hun gatdichtheid af te stemmen, gefabriceerde H ₂ sensorapparaten uit deze monsters, en registreerden hun reactie op verschillende niveaus van H ₂ en andere gassen bij een gasconcentratie van 100 ppm (parts per million) bij kamertemperatuur. Het team onderzocht ook de validiteit van de metallisatietheorie, wat suggereert dat het onderliggende detectiemechanisme te wijten is aan een overgang van halfgeleider naar metaal, waarin ZnO wordt gereduceerd tot Zn-metaal onder blootstelling aan H ₂ gas.

Ze ontdekten dat de ZnO nanosheet behandeld bij 400°C (ZnO@400), met het maximale aantal gaten, vertoonde de hoogste respons tegen 100 ppm H ₂ , samen met de snelste responstijd van ~9 s. Verder, ZnO@400 vertoonde ook een hoge herhaalbaarheid en stabiliteit van ongeveer 97-99% na 45 dagen. Eindelijk, ze vonden het experimentele bewijs ter ondersteuning van de metallisatietheorie.

Deze resultaten suggereren sterk dat 2-D holey ZnO-nanosheets opmerkelijke fysische / chemische eigenschappen bezitten die in de toekomst mogelijk een revolutie teweeg kunnen brengen in de gasdetectieprestaties. Dr. Kumar vermoedt, "Kamertemperatuur H ₂ sensoren zullen een sleutelrol spelen in toekomstige technologie, Zeker met de opkomst van Internet of Things. Onze holle 2D-sensoren op basis van ZnO zullen de implementatie van innovatieve H . mogelijk maken ₂ detectieapparatuur die gaslekkage in een vroeg stadium kan detecteren en kan worden geïntegreerd met smartphones en smartwatches, "

Met het vooruitzicht van een heldere H ₂ -krachtige toekomst die voor ons ligt, deze technologie zorgt voor een veilige weg om deze visie te realiseren.