„Zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen“

Dec 13, 2023

Von Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften, 28. März 2023

Bifunktionale Rolle der PDMS-Membran bei der Entwicklung von H2S-Sensoren – feuchtigkeitsbeständig und verbesserte Selektivität. Bildnachweis: Zhang Ruofan

Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Meng Gang vom Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) untersuchte die Verwendung von Polydimethylsiloxan (PDMS) bei der Entwicklung von leistungsstarkem, feuchtigkeitsbeständigem Schwefelwasserstoff (H2S)-Sensoren, die einen Weg zur praktischen Anwendung von H2S-Chemiwiderständen in Umgebungen mit feuchter Luft bieten.

Die Ergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces bzw. Chemical Communication veröffentlicht.

H2S ist ein farbloses, brennbares, explosives, stark ätzendes und hochgiftiges Gas, das häufig in halbgeschlossenen Räumen und an Orten mit hoher Luftfeuchtigkeit vorkommt. Einige Oxide, darunter Delafossit, ZnO und CuO, reagieren in trockener Luft stark auf H2S, die Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt jedoch tendenziell die Reaktion der Sensoren. Darüber hinaus ist H2S ein stark korrosives Gas, dessen Korrosivität mit zunehmender Luftfeuchtigkeit zunimmt. Dies führt in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit zu schneller Korrosion und Verschlechterung der Sensoren, was zu einer wichtigen Herausforderung für die praktische Anwendung von Sensoren wird.

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"}]">Atom verankertes CuCrO2 durch die thermische Verdampfungsmethode.

Zhang Ruofan, Erstautor des Artikels, beschrieb die biofunktionale Rolle von PDMS als „zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen“.

PDMS hatte hydrophobe Natur. Es konnte das Eindringen von Wasserdampf in die Umgebung effektiv isolieren, den Einfluss der Umgebungsfeuchtigkeit auf den Sensor abschwächen und die Langzeitstabilität des Sensors in einer feuchten Umgebung deutlich verbessern.

Andererseits könnten die Mikroporen in der PDMS-Membran Methylmercaptan (CH3SH)-Moleküle wirksam blockieren, deren Durchmesser etwas größer als der von H2S war. Es fungierte als „Molekularsieb“ und verbesserte die Selektivität des Sensors für H2S weiter.

Der feuchtigkeitsbeständige H2S-Sensor auf Basis von PDMS-beschichtetem CuCrO2 hatte eine niedrige Betriebstemperatur (100 °C), ein hohes Ansprechverhalten (bis zu 151 für 5 ppm H2S bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit), eine hohe Selektivität und eine gute Langzeitstabilität legte einen wichtigen Grundstein für die praktische Anwendung von H2S-Sensoren in der Petrochemie, im Erdgas und in anderen Bereichen.

Verweise:

„Bifunktionale Rolle der PDMS-Membran beim Design feuchtigkeitstoleranter H2S-Chemiresistoren mit hoher Selektivität“ von Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Junqing Chang, Zhongyao Zhao, Shimao Wang und Gang Meng, 16. Januar 2023, Chemical Communications.DOI: 10.1039/D2CC05880D

„Pt-Anchored CuCrO2 for Low-Temperature-Operating High-Performance H2S Chemiresistors“ von Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Lei Shi, Mahesh Kumar, Junqing Chang, Shimao Wang, Xiaodong Fang, Wei Tong und Gang Meng, 20. Mai 2022, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.DOI: 10.1021/acsami.2c00619