Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
  •    

Томские ученые разработали сенсоры, определяющие утечки водорода при очень низкой концентрации

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Университета химии и технологии Праги разработали сенсоры на основе оптоволокна, которые в будущем могут использоваться для обнаружения утечек водорода. Работая на открытом воздухе в режиме реального времени, они способны определять водород при его концентрации ниже 2%, тогда как нижний порог взрываемости смеси этого газа с кислородом составляет около 4%.
Водород считается одним из перспективных альтернативных источников энергии. Однако его применение в качестве энергоносителя затруднено, в том числе и тем, что в смеси с кислородом или воздухом он взрывоопасен. Такое смешение с воздухом возможно, например, в случае утечки водорода из резервуара, где он хранится.

Один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников отметил: «В настоящее время молекулы водорода в газовой смеси обнаруживают с помощью различных способов, в том числе с использованием электронных сенсоров, хотя они являются потенциальным источником искры. Поэтому мы обратили свое внимание на оптическое волокно. Это простой и доступный материал. При этом можно максимально удалить сенсор от места детектирования, так как оптоволокно легко позволяет передавать информацию на большие расстояния. Сенсор может размещаться в двигателе машины, работающей на водороде, или в месте заправки, а в кабине может быть индикатор утечки», - добавил Павел Постников.

Оптическое волокно представляет собой тонкие нити из прозрачного материала — стекла или пластика. Они способны передавать цифровую информацию в форме светового импульса. Авторы статьи модифицировали нити волокна, удалив фрагмент его оболочки, они нанесли на это место тончайший слой золота методом магнетронного напыления. На поверхности этой «золотой зоны» возникает эффект поверхностного плазмонного резонанса. Он является источником аналитического сигнала. На золотой пластинке из матричного раствора исследователи вырастили металлоорганический каркас, состоящий из молекул цинка и специфических органических соединений.

«Этот каркас крайне чувствителен к водороду, он буквально захватывает из воздуха молекулы. При этом он инертен к другим газам. Чувствительность сенсора такой конструкции сопоставима со стационарным хроматографом, который в десятки раз дороже и требует квалифицированного персонала, —сообщил Павел Постников. — Сейчас нам удалось добиться предела определимости ниже 2%. То есть когда в воздухе появляется водород, наш сенсор может его засечь при концентрации ниже 2%, при том что нижний порог взрываемости смеси водорода и кислорода порядка 4%».

Авторы исследования также отмечают, что сенсор легко работает в присутствии газов-окислителей — углекислого газа, различных оксидов. Дело в том, что в существующих современных сенсорах газы зачастую мешают сорбции водорода. Сенсор, разработанный томскими учеными, без затруднений работает на открытом воздухе.

Дата публикации: 09.01.2020 14:56
Дата последнего изменения: 09.01.2020 14:56