Vätgasbränsle, samtidigt som det är hoppet om en renare framtid, är också känd för att vara mycket explosiv, kräver utveckling av känsliga vätgasdetektorer. Kredit:Unsplash
På senare år har väte (H 2 ) har dykt upp som det bästa alternativet för ren energi i vår strävan efter ett alternativt bränsle för att mildra miljöproblem som global uppvärmning. Hyllad som "framtidens batterier, 'H 2 Bränsleceller utses som bränslet för den framtida generationen. Även om det här är bra och bra, det finns ett stort problem med H 2 :som alla andra gasbränslen, det är mycket explosivt. En mindre gnista kan utlösa en explosion i närvaro av så lite som 4 % av H 2 läckte ut i luften, som hände i maj 2019 i Gangneung, Korea, och juni samma år vid Uno-X tankstation i Norge. Därför, säkerhet är ett stort problem vid hantering av H 2 gas; detta garanterar avkänning av även den minsta H 2 läckor för att undvika olyckor.
Medan detektorer för H 2 läckor finns, de kräver höga temperaturer för att fungera (som de metalloxid-halvledarbaserade gassensorerna) vilket gör dem dyra, kortlivad, och farlig att använda för att upptäcka en explosiv eller brandfarlig gas. De lider också av låg känslighet på grund av brist på tillräckligt med aktiva platser för gasdetektering (som zinkoxid [ZnO] "nanosheets"). Forskare, därför, har varit upptagna med att utveckla sensorer som kan övervinna dessa begränsningar.
I en ny studie publicerad i Sensorer och ställdon:B. Chemical , ett team av forskare från Incheon National University, Korea, har kommit på en ny rumstemperatur H 2 sensordesign som använder nanometertunna 2D-skivor av zinkoxid fyllda med nanometerstora hål, det passande namnet "holey 2-D nanosheets". "Vanliga ZnO nanosheets har låg känslighet på grund av själv-omstapling som blockerar de aktiva platserna för gasdetektering. Holey 2-D nanosheets kommer runt detta problem med hålen som öppnar upp blockerade aktiva ytor, " förklarar Dr. Manjeet Kumar, som ledde studien.
ZnO nanosheets värmebehandlades vid tre olika temperaturer (400, 600, &800°C) för att justera deras håldensitet. Håldensiteten minskade konsekvent när temperaturen ökades från 400°C till 800°C. Kredit:Manjeet Kumar, Incheon National University
Forskarna värmebehandlade ZnO nanoark vid tre olika temperaturer (400°C, 600°C, och 800°C) för att justera deras håldensitet, tillverkade H 2 sensorenheter från dessa prover, och spelade in deras svar på olika nivåer av H 2 och andra gaser vid 100 ppm (delar per miljon) gaskoncentration vid rumstemperatur. Teamet undersökte också giltigheten av metalliseringsteorin, vilket tyder på att den underliggande avkänningsmekanismen beror på en halvledare-till-metall-övergång, där ZnO reduceras till Zn-metall under exponering för H 2 gas.
De fann att ZnO nanosheet behandlat vid 400°C (ZnO@400), med maximalt antal hål, visade det högsta svaret mot 100 ppm av H 2 , tillsammans med den snabbaste svarstiden på ~9 s. Vidare, ZnO@400 visade också hög repeterbarhet och stabilitet på cirka 97-99 % efter 45 dagar. Till sist, de fann att de experimentella bevisen stödde metalliseringsteorin.
Dessa resultat tyder starkt på att 2-D holey ZnO nanosheets har anmärkningsvärda fysikaliska/kemiska egenskaper som potentiellt kan revolutionera gasavkänningsprestanda i framtiden. Dr Kumar antar, "Rumstemperatur H 2 sensorer kommer att spela en nyckelroll i framtida teknik, speciellt med framväxten av Internet of Things. Våra håliga 2-D ZnO-baserade sensorer kommer att möjliggöra implementering av innovativa H 2 detekteringsenheter som kan upptäcka gasläckage i ett tidigt skede och kan integreras med smartphones och smartklockor, "
Med utsikten till ett ljust H 2 -driven framtid framför oss, denna teknik går långt för att säkerställa en säker väg för att förverkliga denna vision.
