Nos últimos anos, hidrogênio (H ₂ ) surgiu como a melhor opção de energia limpa em nossa busca por um combustível alternativo para mitigar problemas ambientais, como o aquecimento global. Saudado como 'baterias do futuro, 'H ₂ as células de combustível são apontadas como o combustível para a geração futura. Embora tudo isso esteja muito bem, há um grande problema com H ₂ :como qualquer outro combustível de gás, é altamente explosivo. Uma pequena faísca pode desencadear uma explosão na presença de até 4% de H ₂ vazou no ar, como aconteceu em maio de 2019 em Gangneung, Coréia, e junho do mesmo ano no posto de abastecimento Uno-X na Noruega. Portanto, a segurança é uma grande preocupação com o manuseio de H ₂ gás; isso garante a detecção mesmo do menor H ₂ vazamentos para evitar acidentes.

Enquanto detectores para H ₂ vazamentos estão disponíveis, eles exigem altas temperaturas para operar (como os sensores de gás baseados em semicondutores de óxido metálico), tornando-os caros, de curta duração, e perigoso de usar para a detecção de um gás explosivo ou inflamável. Eles também sofrem de baixa sensibilidade devido à falta de locais ativos suficientes para a detecção de gás (como óxido de zinco [ZnO] "nanofolhas"). Cientistas, Portanto, têm estado ocupados desenvolvendo sensores que podem superar essas limitações.

Em um novo estudo publicado em Sensores e Atuadores:B. Química , uma equipe de cientistas da Incheon National University, Coréia, surgiram com uma nova temperatura ambiente H ₂ projeto de sensor que usa folhas 2-D de óxido de zinco de espessura nanométrica preenchidas com orifícios de tamanho nanométrico, apropriadamente chamado de 'nanofolhas 2-D holey'. "As nanofolhas comuns de ZnO têm baixa sensibilidade devido ao auto-empilhamento que bloqueia os locais ativos para detecção de gás. As nanofolhas 2-D Holey contornam este problema com os orifícios que abrem as superfícies ativas bloqueadas, "explica o Dr. Manjeet Kumar, quem conduziu o estudo.

Os cientistas trataram termicamente nanofolhas de ZnO em três temperaturas diferentes (400 ° C, 600 ° C, e 800 ° C) para ajustar a densidade do orifício, fabricado H ₂ dispositivos sensores dessas amostras, e registrou sua resposta a diferentes níveis de H ₂ e outros gases em concentração de gás de 100 ppm (partes por milhão) à temperatura ambiente. A equipe também investigou a validade da teoria da metalização, o que sugere que o mecanismo de detecção subjacente é devido a uma transição de semicondutor para metal, em que ZnO é reduzido a Zn metal sob exposição a H ₂ gás.

Eles descobriram que a nanofolha de ZnO tratada a 400 ° C (ZnO @ 400), com o número máximo de furos, mostrou a maior resposta para 100 ppm de H ₂ , junto com o tempo de resposta mais rápido de ~ 9 s. Além disso, ZnO @ 400 também exibiu alta repetibilidade e estabilidade de aproximadamente 97-99% após 45 dias. Finalmente, eles descobriram que a evidência experimental apoia a teoria da metalização.

Esses resultados sugerem fortemente que as nanofolhas 2-D holey ZnO possuem propriedades físicas / químicas notáveis ​​que podem revolucionar o desempenho de detecção de gás no futuro. Dr. Kumar imagina, "Temperatura ambiente H ₂ sensores irão desempenhar um papel fundamental na tecnologia futura, especialmente com o surgimento da Internet das Coisas. Nossos sensores holey 2-D baseados em ZnO permitirão a implementação de H ₂ dispositivos de detecção que podem detectar vazamentos de gás em um estágio inicial e podem ser integrados com smartphones e smartwatches, "

Com a perspectiva de um H brilhante ₂ - futuro poderoso à nossa frente, essa tecnologia é muito importante para garantir um caminho seguro para a concretização dessa visão.