超灵敏电化学氢气传感器，可快速检测微量氢气泄漏
2025-09-06 10:58:55 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这款价格亲民、使用寿命更长的超灵敏电化学氢气传感器原型，能够快速、精准检测到极微量的氢气泄漏。更值得关注的是，这款电化学氢气传感器体积极小，尺寸仅与人体指甲盖相当。
据麦姆斯咨询报道，近期，密苏里大学（University of Missouri）的研究团队正致力于最大限度提升氢能源的安全性。随着越来越多的国家和行业对更清洁的可再生能源的大力投资，氢动力工厂和交通工具日益普及。但氢燃料存在泄漏风险，可能引发爆炸等事故，同时也会对环境造成危害。目前，市售的大多数氢气检测传感器价格昂贵，无法持续工作，并且灵敏度不足，难以快速检测到微量泄漏。
正因如此，密苏里大学工程学院研究员Xiangqun Zeng及其团队着手设计理想的氢气传感器，他们重点关注六大特征：灵敏度、选择性、响应速度、稳定性、尺寸和成本。相关研究成果以“PtNi Nanocrystal–Ionic Liquid Interfaces: An Innovative Platform for High-Performance and Reliable H2 Detection”为题，于近期发表在ACS Sensors期刊上。在该论文中，他们公布了一款价格亲民、使用寿命更长的超灵敏电化学氢气传感器原型，能够快速、精准检测到极微量的氢气泄漏。更值得关注的是，这款电化学氢气传感器体积极小，尺寸仅与人体指甲盖相当。
密苏里大学研发出有助于保护人类健康和生态环境的电化学氢气传感器
在该研究中，研究团队提出的实时、高性能电化学氢气传感器，亮点是在八面体铂镍（PtNi）合金纳米晶体与两种不同离子液体电解质之间构建了创新的电化学界面：这两种电解质分别为1-丁基-1 -甲基吡咯烷鎓双（三氟甲基磺酰基）亚胺（[Bmpy][NTf₂]）和1 -丁基- 3 -甲基咪唑鎓双（三氟甲基磺酰基）亚胺（[Bmim][NTf₂]）。研究证实，PtNi/[Bmpy][NTf₂]界面具有出色的灵敏度，检测限低至107.1 ppm，响应时间只需17 s，恢复时间仅21 s，同时具备优异的选择性与长期稳定性——在120天的测试周期内，性能衰减率仅为 1.1%。
基于离子液体的三电极电化学体系及微观结构示意图
该研究不仅推动了高灵敏度、高耐用性氢气传感器技术的发展，还深入揭示了铂镍合金纳米晶体与离子液体之间的相互作用机制，为下一代氢气传感器的设计提供了关键指导。此类传感器未来可广泛应用于环境监测、工业安全防护及可持续能源系统等领域。
该电化学氢气传感器由Xiangqun Zeng团队研发，其制备原理是将铂镍合金纳米晶体与离子液体复合。与现有市售产品相比，该电化学氢气传感器在性能与耐用性上均实现了突破，优势显著。
Xiangqun Zeng是密苏里大学“MizzouForward”项目计划引进的研究人员，其研究方向为传感器研发，旨在守护人类健康与生态环境。她表示：“氢气的监测难度极大，因为它无色、无味、无嗅。我们的核心目标始终是研发出体积更小、成本更低、灵敏度更高，且能实现实时连续监测的氢气传感器。”
目前，这款新型电化学氢气传感器仍处于实验室测试阶段，但Xiangqun Zeng团队计划在2027年推动其商业化落地。密苏里大学也对该研究给予了高度支持，致力于推动其成果转化——可再生能源是该校重点发展领域，而新能源创新中心作为这一战略的核心载体，预计将于2028年在密苏里大学校园内正式启用。
长期以来，研发性能更优、可广泛应用于医疗健康、能源及环境领域的传感器，是Xiangqun Zeng的职业使命。Xiangqun Zeng表示：“我的专长是开发下一代气体检测技术，30多年来，我一直优先考虑对社会影响最大的项目，若要研发能够检测爆炸性气体的传感器，就必须能够实时监测——唯有如此，才能最大程度保障人们的安全。”
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c03564
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