توسعه حسگرگازی برای تشخیص گاز‌های سمی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، 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 H۲S، CO و H۲ 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 H۲S (گاز سولفید هیدروژن)، CO (گاز مونوکسید کربن) و H۲ (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 H۲S، CO و H۲ 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 H ۲ S، حسگر‌های NiO در شناسایی CO و حسگر‌های ZnO در شناسایی H۲ 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 H۲S، CO و H۲ با دقت و انتخاب‌پذیری بالا به کار روند و گامی مهم در جهت توسعه فناوری‌های پایش آلاینده‌ها و گاز‌های سمی باشند.