"Matando dois pássaros com uma pedra"

Dec 13, 2023

Por Institutos Hefei de Ciências Físicas, Academia Chinesa de Ciências 28 de março de 2023

Papel bifuncional da membrana PDMS no projeto de sensores H2S - resistente à umidade e seletividade aprimorada. Crédito: Zhang Ruofan

Uma equipe de pesquisadores sob a liderança do Prof. Meng Gang dos Institutos de Ciências Físicas de Hefei (HFIPS), Academia Chinesa de Ciências (CAS), explorou o uso de polidimetilsiloxano (PDMS) no desenvolvimento de sulfeto de hidrogênio de alto desempenho e resistente à umidade (H2S), fornecendo um caminho para a aplicação prática de resistores químicos H2S em ambientes de ar úmido.

Os resultados foram publicados em ACS Applied Materials & Interfaces e Chemical Communication, respectivamente.

O H2S é um gás incolor, inflamável, explosivo, altamente corrosivo e altamente tóxico, que existe amplamente em locais semifechados e com alta umidade. Alguns óxidos, incluindo delafossita, ZnO e CuO, têm uma resposta elevada ao H2S no ar seco, mas a umidade tende a interferir na resposta dos sensores. Além disso, o H2S é um gás altamente corrosivo e sua corrosividade aumenta com o aumento da umidade. Isto leva à rápida corrosão e degradação dos sensores em ambientes de alta umidade, o que se torna um desafio importante para a aplicação prática de sensores.

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"}]">átomo ancorado CuCrO2 pelo método de evaporação térmica.

Zhang Ruofan, primeiro autor do artigo, descreveu o papel biofuncional do PDMS como “matar dois coelhos com uma cajadada só”.

PDMS tinha natureza hidrofóbica. Poderia isolar efetivamente a intrusão de vapor de água no ambiente, enfraquecer a influência da umidade ambiental no sensor e melhorar significativamente a estabilidade a longo prazo do sensor em um ambiente úmido.

Por outro lado, os microporos na membrana PDMS poderiam bloquear efetivamente moléculas de metil mercaptano (CH3SH) cujo diâmetro era ligeiramente maior que o H2S. Ela atuou como uma “peneira molecular”, melhorando ainda mais a seletividade do sensor para H2S.

O sensor de H2S resistente à umidade baseado em CuCrO2 revestido com PDMS tinha uma baixa temperatura operacional (100 ℃), alta resposta (até 151 para 5 ppm de H2S a 50% de umidade relativa), alta seletividade e boa estabilidade a longo prazo, que estabeleceu uma base importante para a aplicação prática do sensor de H2S em campos petroquímicos, de gás natural e outros.

Referências:

“Papel bifuncional da membrana PDMS no projeto de quimiresistores H2S tolerantes à umidade com alta seletividade” por Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Junqing Chang, Zhongyao Zhao, Shimao Wang e Gang Meng, 16 de janeiro de 2023, Chemical Communications.DOI: 10.1039/D2CC05880D

“CuCrO2 ancorado em Pt para quimiresistores H2S de alto desempenho e operação em baixa temperatura” por Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Lei Shi, Mahesh Kumar, Junqing Chang, Shimao Wang, Xiaodong Fang, Wei Tong e Gang Meng, 20 de maio de 2022, ACS Materiais Aplicados e Interfaces.DOI: 10.1021/acsami.2c00619