كاشف سريع وحساس لكشف الهيدروجين

نجح العلماء في تطوير كاشف هيدروجين سريع للغاية قادر على اكتشاف غاز الهيدروجين بتركيزات أقل من واحد بالمائة، في أقل من سبع ثوان. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكاشف قادر على اكتشاف غاز الهيدروجين بمستويات تصل إلى مئات الأجزاء في المليون خلال ستين ثانية وفي درجة حرارة الغرفة.

[ترجمة د.نحماني موشيه]

نجح باحثون من إحدى الجامعات الكورية (KAIST) في تطوير كاشف هيدروجين سريع للغاية قادر على اكتشاف غاز الهيدروجين بتركيزات أقل من واحد بالمائة، في أقل من سبع ثوانٍ. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكاشف قادر على اكتشاف غاز الهيدروجين بمستويات تصل إلى عدة مئات من الأجزاء في المليون (ppm) خلال ستين ثانية وفي درجة حرارة الغرفة. يعتمد الكاشف نفسه على مجموعة من أسلاك البلاديوم النانوية التي توجد عليها طبقة من "الإطار العضوي المعدني" (MOFs).

ويعتبر غاز الهيدروجين مصدر طاقة صديق للبيئة للجيل القادم. وفي الوقت نفسه، يعتبر الهيدروجين غازًا قابلاً للاشتعال ويمكن أن يسبب انفجارًا، حتى عند تعرضه لشرارة صغيرة. من حيث السلامة، تم تحديد الحد الأدنى للانفجار لغاز الهيدروجين عند 4% من حيث الحجم، لذلك يجب على أجهزة الكشف الكشف عن جزيء الهيدروجين عديم الرائحة وعديم اللون بسرعة. وهو ما ينعكس في المبادئ التوجيهية التي صاغتها وزارة الطاقة الأمريكية مؤخراً. وفقًا لهذه الإرشادات، يجب أن يكتشف كاشف الهيدروجين مستوى 1% (من حيث الحجم) من غاز الهيدروجين في الهواء في أقل من ستين ثانية من أجل تحقيق أوقات الاستجابة المناسبة.

من أجل التغلب على القيود المفروضة على كاشفات الهيدروجين المعتمدة على البلاديوم، وضع الباحثون طبقة MOF على السطح الخارجي لمصفوفة أسلاك البلاديوم النانوية. تمت تغطية أسلاك البلاديوم النانوية ببساطة بطبقة إضافية من إطار إيميدازول الزيوليتي (ZIF-8) المكون من أيونات الزنك والروابط العضوية. نظرًا لأن الهيكل من النوع ZIF-8 عبارة عن مادة مسامية للغاية وتتكون من عدد من الثقوب الدقيقة بأحجام 0.34 و1.16 نانومتر، فإن غاز الهيدروجين الذي يبلغ قطره 0.289 نانومتر يمكن أن يخترق بسهولة داخل الهيكل. غشاء الهيكل، بينما يتم تصفية الجزيئات الأكبر من 0.34 نانومتر ولا تخترق غشاء الهيكل. ولذلك، فإن المرشح من النوع ZIF-8 الموجود على أسلاك البلاديوم النانوية يسمح باختراق جزيئات الهيدروجين بشكل أساسي، وهي النتيجة التي تؤدي إلى تسارع لا يقل عن 20 مرة من سرعة التفاعل واستشعار الهيدروجين، مقارنة بالكاشفات الموجودة.

ويأمل الباحثون أن يكون كاشف الهيدروجين السريع للغاية هذا مفيدًا في منع حوادث الانفجار الناجمة عن تسرب غاز الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، يأمل الباحثون أن تتمكن أنظمة مماثلة من اكتشاف الغازات الضارة الأخرى في الهواء بدقة وسرعة باستخدام هذا النوع من الترشيح النانوي. وقد نشرت نتائج البحث منذ فترة طويلة في المجلة العلمية المواد التطبيقية والواجهات.

أخبار الدراسة

ملخص المقال