MOF'er kan registrere og sortere besværlige gasser

Fra astronauter og ubåde til minearbejdere og redningsarbejdere, mennesker, der opererer i små, lukkede rum har brug for god luftkvalitet for at arbejde sikkert og effektivt. Elektroniske sensorer, der nu er udviklet af et KAUST -team, kan samtidigt registrere mindst tre kritiske parametre, der er vigtige at overvåge for at sikre menneskelig komfort og sikkerhed.

Disse nye sensorer anvender fluorerede metal-organiske rammer (MOF'er) som sanselag. MOF'er er porøse materialer, der omfatter en regelmæssig række metalatomer, der holdes sammen af ​​små organiske molekylbindere for at danne en gentagende burlignende struktur. KAUSTs Mohamed Eddaoudi, der ledede de to undersøgelser af sensorens effektivitet, forklarer, at ved at ændre metal og organiske komponenter, MOF'er kan indstilles til applikationer lige fra gasseparation og opbevaring til katalyse og registrering.

"Mange mennesker har forsøgt at udvikle enkle, effektiv, billige SO ₂ , CO ₂ og H. ₂ O sensorer uden succes, "siger forskere Mohamed Rachid Tchalala, Youssef Belmabkhout og Prashant Bhatt, alt fra Eddoudis laboratorium.

Den tilgang, Eddaoudis gruppe havde, var at udvikle en fluoreret MOF, som Belmabkhout og Tchalala testede som sensormaterialer for disse gasser. Test af disse state-of-the-art materialer var i samarbejde med Khaled Nabil Salama og hans team.

Den første undersøgelse viser, hvordan sensoren kan måle koncentrationen af ​​kuldioxid og luftfugtighedsniveauet. Mens den anden undersøgelse af de samme fluorerede MOF'er viser, at den kan detektere den skadelige og ætsende gas svovldioxid, eller endda selektivt fjerne det fra motorens røggas.

"Spor af SO ₂ altid findes i røggassen fra fabrikker og kraftværker, også ₂ kan forgifte materialer udviklet til at fange CO ₂ til kulstofopsamling og -lagring "siger Belmabkhout og Bhatt." AlFFIVE-1-Ni kan opsuge SÅ ₂ med en affinitet 66 gange højere end for CO ₂ , samtidig med at SO viser god stabilitet ₂ eksponering."

MOF'erne kunne også bruges med to enkle, billige højfølsomme sensorplatforme. Kvarts krystal mikrobalance (QCM) sensorer, der er belagt med en tynd film af enten MOF, detekterede ændringen i masse med absorptionen af ​​SO ₂ , eller vand og CO ₂ . Tilsvarende MOF-belagte interdigiterede elektrodesensorer registrerede en ændring i elektroniske egenskaber ved absorption af vand og CO ₂ .

Begge sensorplatforme, holdet viste, kunne overvåge fugt og CO ₂ niveauer under reelle atmosfæriske forhold. "Signalet er kalibreret mod CO ₂ koncentration, fugtighedsniveau og blandinger af begge, "Forklarer Tchalala. En QCM-baseret sensor kunne også registrere SO ₂ i luften ved niveauer på kun 25 dele pr. million.