توسعه حسگرگازی برای شناسایی گازهای سمی

به گزارش صنعت نیوز، گروهی از محققان دانشگاه‌های ایرانی و بین‌المللی حسگرهای گازی مبتنی بر اکسیدهای فلزی را توسعه دادند که به گفته آنها این حسگر گام مهمی در بهبود فناوری‌های تشخیص آلاینده‌ها و گازهای سمی خواهد بود.

به نقل از ستاد نانو، گروهی از پژوهشگران از دانشگاه صنعتی شیراز، دانشگاه آزاد مادرید، دانشگاه اینها در اینچئون کره جنوبی، دانشگاه مونپلیه فرانسه، دانشگاه آدام میکویچ لهستان، دانشگاه خلیج فارس کویت و دانشگاه هانیانگ کره، در یک تحقیق مشترک به تولید حسگرهای گازی با استفاده از مواد آلی-فلزی (MOF) پرداخته‌اند. این حسگرها که از اکسیدهای فلزی مانند مس (CuO)، نیکل (NiO) و روی (ZnO) مشتق شده‌اند، عملکرد بی‌نظیری در شناسایی گازهای مختلف مانند H2S، CO و H2 دارند. نتایج این تحقیق می‌تواند گامی مهم در بهبود فناوری‌های تشخیص آلاینده‌ها و گازهای سمی به شمار رود.

با توجه به اهمیت کنترل و شناسایی دقیق گازهای سمی و آلاینده‌ها در صنایع مختلف و محیط‌های زیست‌محیطی، توسعه حسگرهای گازی با ویژگی‌های انتخابی و حساسیت بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این گازها می‌توانند برای سلامت انسان‌ها و اکوسیستم‌ها خطرات جدی ایجاد کنند. از این رو، پژوهشگران به دنبال تولید حسگرهایی با دقت و انتخاب‌پذیری بالا هستند که بتوانند گازهای خاصی مانند H2S (گاز سولفید هیدروژن)، CO (گاز مونوکسید کربن) و H2 (گاز هیدروژن) را شناسایی کنند. در این زمینه، استفاده از مواد فلزی-آلی (MOF) و تبدیل آن‌ها به اکسیدهای فلزی، یک راه‌حل نوآورانه و کارآمد به شمار می‌آید.

در این تحقیق، پژوهشگران MOFهای مختلفی از جنس مس (Cu-MOF)، نیکل (Ni-MOF) و روی (Zn-MOF) را سنتز کردند سپس این MOFها تحت فرآیند کلسینه در دماهای مختلف (۴۰۰، ۵۰۰ و ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد) قرار گرفتند تا اکسیدهای فلزی مربوط (CuO، NiO و ZnO) تولید شوند. این فرآیند کلسینه باعث بهبود ویژگی‌های حسگری MOFها شد و اکسیدهای فلزی حاصل از آنها، عملکرد بسیار بهتری در مقایسه با MOFهای اولیه داشتند. به‌ویژه، پژوهشگران با تنظیم دماهای کلسینه، توانستند عملکرد حسگرها را در شناسایی گازها بهینه کنند و ویژگی‌های انتخابی حسگرها را برای گازهای خاصی مانند H2S، CO و H2 افزایش دهند.

تحقیقات انجام‌ شده نشان داد که دمای کلسینه تاثیر زیادی بر ویژگی‌های ساختاری و عملکردی حسگرها دارد. افزایش دما در فرآیند کلسینه باعث بهبود سطح مساحت و تخلخل اکسیدهای فلزی شد که این ویژگی‌ها در نهایت به افزایش حساسیت و کارایی حسگرها منجر شود. تحلیل‌های ساختاری و مورفولوژیکی، از جمله تصاویر میکروسکوپ الکترونی، نشان داد که اکسیدهای فلزی تولید شده دارای سطح وسیع و تخلخل زیادی هستند که این امر امکان جذب بهتر گازها و بهبود پاسخ حسگر را فراهم می‌کند.

یکی از ویژگی‌های برجسته این حسگرها، انتخاب‌پذیری بالای آنها در شناسایی گازهای خاص است. حسگرهای ساخته‌شده از اکسیدهای فلزی CuO، NiO و ZnO، حساسیت بسیار بیشتری به گازهای خاص دارند. به‌طور خاص، حسگرهای CuO در شناسایی H۲S، حسگرهای NiO در شناسایی CO و حسگرهای ZnO در شناسایی H2 عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دادند. این انتخاب‌پذیری بالا به‌ویژه در کاربردهای محیطی و صنعتی که نیاز به شناسایی دقیق و سریع گازهای خاص وجود دارد، بسیار مفید است.

در این تحقیق، مکانیسم عملکرد حسگرها به‌طور مفصل بررسی شد. بر اساس نتایج حاصل از آزمایش‌ها، می‌توان نتیجه گرفت که MOF-derived metal oxides (CuO، NiO و ZnO) ویژگی‌های حسگری بسیار خوبی دارند که ناشی از ساختار میکروپورس آن‌ها و همچنین تعاملات مولکولی گازها با سطح این مواد است. این حسگرها با بهره‌گیری از ویژگی‌های نانوساختاری MOFها و تبدیل آن‌ها به اکسیدهای فلزی، می‌توانند به‌طور مؤثری گازهای مختلف را شناسایی کنند و در زمینه‌هایی مانند کنترل کیفیت هوا، صنایع پتروشیمی، و پایش آلودگی محیط‌زیست کاربرد داشته باشند.

پژوهش‌های انجام‌شده نشان می‌دهند که تبدیل MOFها به اکسیدهای فلزی با تنظیم دما و شرایط سنتز می‌تواند به بهبود ویژگی‌های حسگری و انتخاب‌پذیری آن‌ها منجر شود. این حسگرهای گازی مبتنی بر اکسیدهای فلزی CuO، NiO و ZnO می‌توانند در شناسایی گازهای خطرناک مانند H2S، CO و H2 با دقت و انتخاب‌پذیری بالا به کار روند و گامی مهم در جهت توسعه فناوری‌های پایش آلاینده‌ها و گازهای سمی باشند.

*