Questo elettrodo viene utilizzato per raccogliere le proprietà di rilevamento dei MOF. Credito:2019 KAUST
Da astronauti e sottomarini a minatori e soccorritori, persone che operano in piccolo, gli spazi chiusi necessitano di una buona qualità dell'aria per lavorare in modo sicuro ed efficace. I sensori elettronici ora sviluppati da un team KAUST possono rilevare contemporaneamente almeno tre parametri critici che sono importanti da monitorare per garantire il comfort e la sicurezza delle persone.
Questi nuovi sensori utilizzano strutture metallo-organiche fluorurate (MOF) come strato di rilevamento. I MOF sono materiali porosi che comprendono una serie regolare di atomi di metallo tenuti insieme da piccoli linker di molecole organiche per formare una struttura a gabbia ripetuta. Mohamed Eddaoudi di KAUST, che ha condotto i due studi sull'efficacia del sensore, spiega che alterando i componenti metallici e organici, I MOF possono essere sintonizzati per applicazioni che vanno dalla separazione e stoccaggio dei gas alla catalisi e al rilevamento.
"Molte persone hanno tentato di sviluppare semplici, efficiente, SO . a basso costo 2 , CO 2 e H 2 O sensori senza successo, " affermano i ricercatori Mohamed Rachid Tchalala, Youssef Belmabkhout e Prashant Bhatt, tutto dal laboratorio di Eddoudi.
L'approccio adottato dal gruppo di Eddaoudi è stato quello di sviluppare un MOF fluorurato, che Belmabkhout e Tchalala hanno testato come materiali per sensori per questi gas. Il test di questi materiali all'avanguardia è avvenuto in collaborazione con Khaled Nabil Salama e il suo team.
Il primo studio mostra come il sensore può misurare la concentrazione di anidride carbonica e il livello di umidità nell'aria. Mentre il secondo studio sugli stessi MOF fluorurati mostra che è in grado di rilevare il gas nocivo e corrosivo anidride solforosa, o anche rimuoverlo selettivamente dai gas di scarico della centrale elettrica.
"Tracce di SO 2 sono invariabilmente presenti nei fumi prodotti da fabbriche e centrali elettriche, e così 2 può avvelenare i materiali sviluppati per intrappolare la CO 2 per la cattura e lo stoccaggio del carbonio, " dicono Belmabkhout e Bhatt. "AlFFIVE-1-Ni può assorbire SO 2 con un'affinità 66 volte superiore a quella per la CO 2 , pur mostrando una buona stabilità a SO 2 esposizione."
I MOF possono essere utilizzati anche con due semplici, piattaforme di sensori ad alta sensibilità a basso costo. I sensori della microbilancia a cristalli di quarzo (QCM) rivestiti con un film sottile di entrambi i MOF hanno rilevato la variazione di massa con l'assorbimento di SO 2 , oppure acqua e CO 2 . Allo stesso modo, I sensori con elettrodi interdigitati rivestiti in MOF hanno rilevato un cambiamento nelle proprietà elettroniche con l'assorbimento di acqua e CO 2 .
Entrambe le piattaforme di sensori, la squadra ha mostrato potrebbe monitorare umidità e CO 2 livelli in condizioni atmosferiche reali. "Il segnale è calibrato contro CO 2 concentrazione, livello di umidità e miscele di entrambi, " Spiega Tchalala. Un sensore basato su QCM potrebbe anche rilevare SO 2 nell'aria a livelli di appena 25 parti per milione.
