Color

Un simple cambio de color podría indicar la presencia de gas hidrógeno potencialmente peligroso gracias a un nuevo sensor desarrollado por investigadores en Alemania. El dispositivo a escala micrométrica, que utiliza las llamadas "suprapartículas" que cambian de púrpura a rosa en presencia de hidrógeno, podría ayudar a prevenir explosiones al facilitar la detección y localización de fugas en estaciones de combustible, generadores y tuberías.

El hidrógeno producido con energías renovables es un combustible respetuoso con el medio ambiente y podría desempeñar un papel importante en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles. Sin embargo, es extremadamente inflamable y potencialmente explosivo en presencia de aire, y su naturaleza incolora e inodora hace que sea difícil de detectar. Los sensores ópticos de hidrógeno tienden a emplear estructuras complejas como nanoantenas, fuentes de luz, fibras ópticas y dispositivos de control electrónico para convertir una señal óptica en una respuesta legible, mientras que los sensores de hidrógeno "gasocrómicos" (es decir, que cambian de color) a menudo se fabrican como delgados. películas de sustratos específicos, dando como resultado una frágil estructura multicapa.

Un consorcio de científicos de la FAU Erlangen-Nürnberg, coordinado por Jakob Reichstein en el grupo de investigación de Karl Mandel, ha creado un sensor de hidrógeno alternativo utilizando suprapartículas con tres componentes: nanopartículas de sílice, nanopartículas de oro-paladio (Au-Pd) y un colorante indicador. llamado resazurina. El equipo combinó estos tres ingredientes en una dispersión acuosa que atomizaron para generar pequeñas gotas. Luego introdujeron las gotas en una cámara caliente en un proceso conocido como secado por aspersión. Cuando el solvente se evapora, Reichstein explica que las nanopartículas y las moléculas de colorante se unen, formando una estructura conocida como marco supraparticulado mesoporoso que es accesible a gases como el hidrógeno.

A medida que las partículas de la estructura absorben agua de la atmósfera, forman un sistema trifásico que permite que las moléculas de resazurina se propaguen libremente. En efecto, Reichstein dice que el agua actúa como un medio de transporte, llevando las moléculas de colorante de resazurina hacia las nanopartículas de Au-Pd catalíticamente activas. En presencia de hidrógeno, la resazurina se reduce (es decir, toma un átomo de hidrógeno), formando una sustancia química relacionada, la resorufina. Si el hidrógeno continúa presente, como sería el caso de una fuga en curso, se produce una reacción de reducción adicional, transformando la resorufina en hidrorresorufina.

"La reducción de la resazurina inducida por hidrógeno se acompaña de un cambio de color distintivo de dos pasos de las suprapartículas: el primero de manera irreversible de púrpura a rosa y luego de manera reversible a un estado incoloro", explica Reichstein. "Estos cambios se pueden ver a simple vista".

Reichstein dice que las suprapartículas indicadoras de hidrógeno del equipo tienen varias aplicaciones posibles. Con diámetros entre 1 y 10 µm, las partículas son lo suficientemente pequeñas como para ser incorporadas como aditivos o pigmentos en varios materiales, incluidos revestimientos en tuberías y ropa de seguridad. Esto facilita su explotación para la detección rápida de hidrógeno y la localización precisa de fugas en casi cualquier punto de interés.

El sensor de hidrógeno está inspirado en las alas de las mariposas

Los investigadores, que informan sobre su trabajo en Materiales funcionales avanzados, planean optimizar sus suprapartículas hasta que puedan "realizar todo su potencial, implementarlas en aplicaciones de la vida real y, por lo tanto, contribuir a una economía de hidrógeno más segura". "Actualmente, estamos investigando y mejorando la sensibilidad de las suprapartículas, así como su estabilidad a largo plazo", concluye Reichstein. "También estamos probando la funcionalidad gasocrómica de las suprapartículas en los recubrimientos".