En años recientes, hidrógeno (H ₂ ) ha surgido como la mejor opción de energía limpia en nuestra búsqueda de un combustible alternativo para mitigar problemas ambientales como el calentamiento global. Aclamado como 'baterías del futuro, 'H ₂ Las pilas de combustible se promocionan como el combustible para la generación futura. Si bien todo esto está muy bien, hay un problema importante con H ₂ :como cualquier otro combustible gaseoso, es muy explosivo. Una chispa menor puede desencadenar una explosión en presencia de tan solo un 4% de H ₂ se filtró al aire, como sucedió en mayo de 2019 en Gangneung, Corea, y junio del mismo año en la estación de servicio Uno-X en Noruega. Por lo tanto, La seguridad es una preocupación importante con el manejo de H ₂ gas; esto garantiza la detección incluso de la H más pequeña ₂ Fugas para evitar accidentes.

Mientras que los detectores de H ₂ las fugas están disponibles, requieren altas temperaturas para operar (como los sensores de gas basados ​​en semiconductores de óxido metálico), lo que los hace costosos, efímero, y peligroso de usar para la detección de un gas explosivo o inflamable. También sufren de baja sensibilidad debido a la falta de suficientes sitios activos para la detección de gas (como las "nanoláminas" de óxido de zinc [ZnO]). Científicos, por lo tanto, han estado ocupados desarrollando sensores que pueden superar estas limitaciones.

En un nuevo estudio publicado en Sensores y actuadores:B. Químico , un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Incheon, Corea, han creado una nueva temperatura ambiente H ₂ diseño de sensor que utiliza láminas 2-D de óxido de zinc delgadas en nanómetros llenas de orificios de tamaño nanométrico, acertadamente llamado 'holey 2-D nanoheets'. "Las nanohojas de ZnO ordinarias tienen una sensibilidad baja debido al autoajuste que bloquea los sitios activos para la detección de gas. Las nanohojas de Holey 2-D solucionan este problema con los orificios que abren superficies activas bloqueadas, "explica el Dr. Manjeet Kumar, quien dirigió el estudio.

Los científicos trataron térmicamente las nanohojas de ZnO a tres temperaturas diferentes (400 ° C, 600 ° C, y 800 ° C) para ajustar su densidad de agujeros, fabricado H ₂ dispositivos sensores de estas muestras, y registró su respuesta a diferentes niveles de H ₂ y otros gases a una concentración de gas de 100 ppm (partes por millón) a temperatura ambiente. El equipo también investigó la validez de la teoría de la metalización, lo que sugiere que el mecanismo de detección subyacente se debe a una transición de semiconductor a metal, en el que ZnO se reduce a Zn metal bajo exposición a H ₂ gas.

Descubrieron que la nanoplaca de ZnO tratada a 400 ° C (ZnO @ 400), con el número máximo de agujeros, mostró la respuesta más alta hacia 100 ppm de H ₂ , junto con el tiempo de respuesta más rápido de ~ 9 s. Es más, ZnO @ 400 también mostró una alta repetibilidad y estabilidad de aproximadamente 97-99% después de 45 días. Finalmente, encontraron que la evidencia experimental apoyaba la teoría de la metalización.

Estos resultados sugieren fuertemente que las nanoplacas de ZnO perforadas 2-D poseen propiedades físicas / químicas notables que pueden revolucionar potencialmente el rendimiento de detección de gases en el futuro. El Dr. Kumar conjetura, "Temperatura ambiente H ₂ Los sensores jugarán un papel clave en la tecnología futura, especialmente con la aparición de Internet de las cosas. Nuestros sensores holey 2-D basados ​​en ZnO permitirán la implementación de innovadores H ₂ dispositivos de detección que pueden detectar fugas de gas en una etapa temprana y se pueden integrar con teléfonos inteligentes y relojes inteligentes, "

Con la perspectiva de una brillante H ₂ futuro poderoso por delante de nosotros, esta tecnología contribuye en gran medida a garantizar un camino seguro para hacer realidad esta visión.