Une équipe de recherche dirigée par le professeur Meng Gang des instituts de sciences physiques Hefei de l’Académie chinoise des sciences a utilisé le polydiméthylsiloxane (PDMS) dans la recherche de capteurs de sulfure d’hydrogène (H2S) résistants à l’humidité à haute performance, ouvrant la voie à des applications pratiques de résistances chimiques H2S dans une atmosphère d’air ambiant humide.
Les résultats ont été publiés dans Matériaux appliqués et interfaces ACS et Communications chimiques.
Le H2S est un gaz incolore, inflammable, explosif, hautement corrosif et hautement toxique que l’on trouve largement dans les environnements semi-fermés et à forte humidité. Certains oxydes, notamment la delafossite, le ZnO et le CuO, ont une sensibilité élevée au H2S dans l’air sec, mais l’humidité a tendance à interférer avec la réponse des capteurs. De plus, le H2S est un gaz hautement corrosif, et sa corrosivité augmente avec l’augmentation de l’humidité. Cela conduit à une corrosion et à une dégradation rapides des capteurs dans des environnements à forte humidité, ce qui devient un défi majeur pour l’application pratique des capteurs.
Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques ont déposé une membrane hydrophobe et semi-perméable de PDMS sur le chromate cuivrique ancré à un seul atome de Pt (CuCrO2) par la méthode d’évaporation thermique.
Zhang Ruofan, premier auteur de l’étude, a décrit le rôle biofonctionnel du PDMS comme « faire d’une pierre deux coups ».
Le PDMS avait un caractère hydrophobe. Il pourrait isoler efficacement la pénétration de la vapeur d’eau dans l’environnement, affaiblir l’influence de l’humidité ambiante sur le capteur et améliorer considérablement la stabilité à long terme du capteur dans un environnement humide.
D’autre part, les micropores de la membrane PDMS pourraient bloquer efficacement les molécules de méthylmercaptan dont le diamètre était légèrement supérieur à celui de H2S. Il a agi comme un « tamis moléculaire », améliorant encore la sélectivité du capteur pour H2S.
Le capteur H2S résistant à l’humidité basé sur CuCrO2 revêtu de PDMS avait une température de fonctionnement basse (100 ℃), une réponse élevée (jusqu’à 151 pour 5 ppm H2S à 50% d’humidité relative), une sélectivité élevée et une bonne stabilité à long terme, qui a jeté les bases importantes pour l’application pratique du capteur H2S dans la pétrochimie, le gaz naturel et d’autres domaines.
Plus d’information:
Ruofan Zhang et al, Pt-Anchored CuCrO2 for Low-Temperature-Operation High-Performance H2S Chemiresistors, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2022). DOI : 10.1021/acsami.2c00619
Ruofan Zhang et al, Rôle bifonctionnel de la membrane PDMS dans la conception de résistances chimiques H2S tolérantes à l’humidité avec une sélectivité élevée, Communications chimiques (2023). DOI : 10.1039/D2CC05880D