Исследовательская группа при профессоре Ил-Ду Киме в Отделе Материаловедения и Разработки в KAIST, в сотрудничестве с профессором Реджиналдом М. Пеннером из Калифорнийского университета в Ирвайне, разработала сверхбыструю водородную газовую систему обнаружения на основе палладия (Фунт) множество нанопровода, покрытое металлически-органической структурой (MOF).Водород рассматривался как экологичный источник энергии следующего поколения. Однако это – легковоспламеняющийся газ, который может взорваться даже с маленькой искрой.
Для безопасности более низкий предел взрыва для водородного газа – 4 vol %, таким образом, датчики должны быть в состоянии обнаружить бесцветную и водородную молекулу без запаха быстро. Важность датчиков, способных к быстрому обнаружению бесцветного и водородного газа без запаха, была подчеркнута в недавних рекомендациях, выпущенных американским Министерством энергетики. Согласно рекомендациям, водородные датчики должны обнаружить 1 vol % водорода в воздухе меньше чем через 60 секунд для соответствующего ответа и времена восстановления.Чтобы преодолеть ограничения Основанных на фунте водородных датчиков, исследовательская группа ввела слой министерства финансов сверху множества нанопровода Фунта.
Литографским образом скопированные нанопроводы Фунта были просто сверхпокрыты Основанной на цинке структурой имидазола цеолита (ZIF-8) слой, состоявший из ионов Цинка и органических лигандов. Фильм ZIF-8 легко покрыт на нанопроводах Фунта простым погружением (в течение 2-6 часов) в растворе метанола включая Цинк (NO3) 2· 6H2O и 2-methylimidazole.
Как синтезируется ZIF-8 – очень пористый материал, состоявший из многих микропор 0,34 нм и 1,16 нм, водородный газ с кинетическим диаметром 0,289 нм может легко проникнуть в мембране ZIF-8, в то время как большие молекулы (> 0,34 нм) эффективно показаны фильтром министерства финансов. Таким образом фильтр ZIF-8 на нанопроводах Фунта позволяет преобладающее проникновение водородных молекул, приводя к ускорению Основанных на фунте датчиков H2 с 20-кратным более быстрым восстановлением и скоростью ответа по сравнению с нетронутыми нанопроводами Фунта при комнатной температуре.Профессор Ким ожидает, что сверхбыстрый водородный датчик может быть полезен для предотвращения несчастных случаев взрыва, вызванных утечкой водородного газа.
Кроме того, он ожидает, что другие вредные газы в воздухе могут быть точно обнаружены посредством эффективной нанофильтрации при помощи множества слоев министерства финансов.Это исследование было выполнено кандидатом доктора философии Выигранный-Tae Koo (первый автор), профессор Ким (co-corresponding автор) и профессор Пеннер (co-corresponding автор).
Исследование было опубликовано в выпуске онлайн Нано ACS как изображение с функциональностью покрытия для сентябрьского выпуска.