H2S sensörlerinin tasarımında PDMS zarının iki işlevli rolü: neme dayanıklılık ve geliştirilmiş seçicilik. Kredi: Zhang Ruofan
Çin Bilimler Akademisi (CAS) Hefei Fizik Bilimi Enstitülerinden (HFIPS) Prof. Meng Gang liderliğindeki bir araştırma ekibi, polidimetilsiloksan ( PDMS) yüksek performanslı, neme dayanıklı hidrojen sülfür (H2S) sensörleri geliştirmede, H2S kimyasal dirençlerinin nemli hava ortamlarında pratik uygulamasına giden yolu sağlar.
Sonuçlar, ACS Applied Materials & Interfaces ve Sırasıyla Kimyasal İletişim.
H2S, yarı kapalı ve yüksek nemli yerlerde yaygın olarak bulunan renksiz, yanıcı, patlayıcı, yüksek derecede aşındırıcı ve yüksek derecede zehirli bir gazdır. Delafossit, ZnO ve CuO gibi bazı oksitler, kuru havada H2S’ye yüksek tepki verir, ancak nem, sensörlerin tepkisine müdahale etme eğilimindedir. Ayrıca H2S oldukça korozif bir gazdır ve nemin artmasıyla korozifliği artar. Bu, yüksek nemli ortamlarda sensörlerin hızlı bir şekilde aşınmasına ve bozulmasına yol açar ve bu, sensörlerin pratik uygulaması için önemli bir zorluk haline gelir.
Bu sorunları çözmek için bilim adamları, hidrofobik ve yarı geçirgen bir polidimetilsiloksan zarını buharlaştırdılar ( PDMS) termal buharlaştırma yöntemiyle Pt tek atomlu CuCrO2 üzerinde.
Makalenin ilk yazarı Zhang Ruofan, PDMS’nin biyoişlevsel rolünü “bir taşla iki kuş öldürmek” olarak tanımladı.
PDMS’nin hidrofobik doğası vardı. Ortama su buharı girişini etkili bir şekilde izole edebilir, ortamdaki nemin sensör üzerindeki etkisini zayıflatabilir ve nemli bir ortamda sensörün uzun vadeli kararlılığını önemli ölçüde iyileştirebilir.
Öte yandan, PDMS zarındaki mikro gözenekler, çapı H2S’den biraz daha büyük olan metil merkaptan (CH3SH) moleküllerini etkili bir şekilde bloke edebilir. Bir “moleküler elek” görevi görerek H2S için sensörün seçiciliğini daha da artırdı.
PDMS kaplı CuCrO2’ye dayalı neme dayanıklı H2S sensörü düşük çalışma sıcaklığına (100 ℃), yüksek tepkiye ( %50 bağıl nemde 5 ppm H2S için 151’e kadar), yüksek seçicilik ve iyi uzun vadeli kararlılık, H2S sensörünün petrokimya, doğal gaz ve diğer alanlarda pratik uygulaması için önemli bir temel oluşturdu.
{ 6}Referanslar:
“Yüksek seçiciliğe sahip neme dayanıklı H2S kimyasal dirençlerinin tasarlanmasında PDMS membranının iki işlevli rolü” yazan Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Junqing Chang, Zhongyao Zhao, Shimao Wang ve Gang Meng, 16 Ocak 2023, Chemical Communications.
DOI: 10.1039/D2CC05880D
“Düşük Sıcaklıkta Çalışan Yüksek Performanslı H2S Kimyasal Dirençleri için Pt-Bağlı CuCrO2”, Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Lei Shi, Mahesh Kumar, Junqing Chang, Shimao Wang, Xiaodong Fang, Wei Tong ve Gang Meng, 20 Mayıs 2022, ACS Applied Materials & Interfaces.
DOI: 10.1021/acsami.2c00619