“Prendere due piccioni con una fava”

Dec 13, 2023

A cura dell'Hefei Institutes of Physical Science, Accademia cinese delle scienze, 28 marzo 2023

Ruolo bifunzionale della membrana PDMS nella progettazione di sensori H2S: resistenza all'umidità e selettività migliorata. Credito: Zhang Ruofan

Un team di ricercatori sotto la guida del Prof. Meng Gang dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Accademia cinese delle scienze (CAS), ha esplorato l'uso del polidimetilsilossano (PDMS) nello sviluppo di idrogeno solforato ad alte prestazioni e resistente all'umidità (H2S), fornendo un percorso verso l'applicazione pratica dei chemiresistori H2S in ambienti con aria umida.

I risultati sono stati pubblicati rispettivamente su ACS Applied Materials & Interfaces e Chemical Communication.

L'H2S è un gas incolore, infiammabile, esplosivo, altamente corrosivo e altamente tossico, ampiamente diffuso in luoghi semichiusi e ad elevata umidità. Alcuni ossidi, tra cui delafossite, ZnO e CuO, hanno un'elevata risposta all'H2S nell'aria secca, ma l'umidità tende a interferire con la risposta dei sensori. Inoltre l’H2S è un gas altamente corrosivo e la sua corrosività aumenta con l’aumentare dell’umidità. Ciò porta a una rapida corrosione e degrado dei sensori in ambienti ad elevata umidità, il che diventa una sfida importante per l’applicazione pratica dei sensori.

In order to solve these problems, scientists evaporated a hydrophobic and semipermeable membrane of polydimethylsiloxane (PDMS) on the Pt single-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">CuCrO2 ancorato all'atomo mediante il metodo dell'evaporazione termica.

Zhang Ruofan, primo autore dell’articolo, ha descritto il ruolo biofunzionale del PDMS come “prendere due piccioni con una fava”.

Il PDMS aveva natura idrofobica. Potrebbe isolare efficacemente l'intrusione di vapore acqueo nell'ambiente, indebolire l'influenza dell'umidità ambientale sul sensore e migliorare significativamente la stabilità a lungo termine del sensore in un ambiente umido.

D’altro canto, i micropori nella membrana PDMS potrebbero bloccare efficacemente le molecole di metil mercaptano (CH3SH) il cui diametro era leggermente più grande di H2S. Ha funzionato come un “setaccio molecolare”, migliorando ulteriormente la selettività del sensore per H2S.

Il sensore di H2S resistente all'umidità basato su CuCrO2 rivestito in PDMS aveva una bassa temperatura operativa (100 ℃), un'elevata risposta (fino a 151 per 5 ppm di H2S al 50% di umidità relativa), un'elevata selettività e una buona stabilità a lungo termine, che ha gettato basi importanti per l'applicazione pratica del sensore H2S nei settori petrolchimico, del gas naturale e in altri campi.

Riferimenti:

"Ruolo bifunzionale della membrana PDMS nella progettazione di chemiresistori H2S resistenti all'umidità con elevata selettività" di Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Junqing Chang, Zhongyao Zhao, Shimao Wang e Gang Meng, 16 gennaio 2023, Chemical Communications.DOI: 10.1039/D2CC05880D

"CuCrO2 ancorato con Pt per chemiresistori H2S ad alte prestazioni con funzionamento a bassa temperatura" di Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Lei Shi, Mahesh Kumar, Junqing Chang, Shimao Wang, Xiaodong Fang, Wei Tong e Gang Meng, 20 maggio 2022, ACS Materiali applicati e interfacce.DOI: 10.1021/acsami.2c00619