由于目前人们开始更多的关注H2能源,H2是环境友好且可再生能源但是面临安全问题,因此需要发展高性能传感器检测H2泄露问题,并且检测H2气体的浓度。
Pd材料是具有前景的氢气检测材料,Pd对H2具有非常强的亲和性,Pd-H之间的强相互作用导致容易相变生成PdHx,这个问题影响传感器的寿命和检测速度。
有鉴于此,阿卜杜拉国王科技大学Khaled N. Salama、Zhuo Chen、香港理工大学殷骏教授等通过设计巯基保护Pd纳米团簇(Pd8SR16),在氢气传感过程中能够在金属和配体之间的协同作用,在H2吸附过程中形成Pd-H-S中间体。
本文要点
吸附H2过程中生成Pd-H-S中间体能够保留Pd-H化学键的亲和性,而且避免相互作用强度太强,因此降低H2脱附的能量。这种动态吸附-解离-复合-脱附过程非常高效并且具有非常好的重复性,因此能够快速高效率检测ppm量级H2。
Pd8SR16气体传感器表现了优异的稳定性(在50次循环过程中的响应标准偏差仅为0.11 %),优异的响应/回复时间(t90=0.95 s/6 s),低检测限(LoD, 1 ppm),在温和温度下工作,因此这个传感器器件是目前最敏感的Pd H2传感器。
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Zhuo Chen, Peng Yuan, Cailing Chen, Xinhuilan Wang, Jinrong Wang, Jiaqi Jia, Bambar Davaasuren, Zhiping Lai, Niveen M. Khashab, Kuo-Wei Huang, Osman M. Bakr, Jun Yin, Khaled N. Salama, Balancing Pd–H Interactions: Thiolate-Protected Palladium Nanoclusters for Robust and Rapid Hydrogen Gas Sensing, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202404291
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202404291