The hydrogen-indicating supraparticles. (Courtesy: J Reichstein)

简单的颜色变化可以表明存在潜在的危险氢气，这要归功于德国研究人员开发的一种新型传感器。微米级装置使用所谓的“超粒子”，在氢气存在下从紫色变成粉红色，可以通过更容易地检测和定位加油站，发电机和管道的泄漏来帮助防止爆炸。

使用可再生能源生产的氢气是一种环保燃料，可以在向更可持续的能源过渡中发挥重要作用。然而，它在空气中非常易燃，可能具有爆炸性，其无色无味的性质使其难以检测。光学氢传感器倾向于采用复杂的结构，如纳米天线，光源，光纤和电子控制装置，将光信号转换为可读的响应，而“气致变色”（即变色）氢传感器通常被制造成特定基板的薄膜，导致脆弱的多层结构。

独特的双色变化

由Karl Mandel研究小组的Jakob Reichstein协调的FAU Erlangen-Nürnberg的科学家联盟现在已经使用具有三种成分的超粒子制造了一种替代氢传感器：二氧化硅纳米颗粒，金钯（Au-Pd）纳米颗粒和称为刃天青的指示染料。该团队将这三种成分结合在一种水分散体中，它们被雾化以产生小液滴。然后，他们将液滴引入热室，该过程称为喷雾干燥。当溶剂蒸发时，Reichstein解释说，纳米颗粒和染料分子被迫在一起，形成一种称为介孔超颗粒框架的结构，该结构可供氢气等气体使用。

当结构中的颗粒从大气中吸收水分时，它们形成一个三相系统，允许刃天青分子自由传播。实际上，Reichstein说水充当运输介质，将刃天青染料分子携带到催化活性Au-Pd纳米颗粒中。在氢的存在下，刃天青被还原（即它拾取氢原子），形成相关的化学物质，resorufin。如果氢气继续存在 - 就像正在进行的泄漏一样 - 就会发生额外的还原反应，将resorufin转化为氢化resorufin。

“氢诱导的刃天青还原伴随着超粒子的明显的两步颜色变化：首先不可逆地从紫色到粉红色，然后可逆地变成无色状态，”Reichstein解释说。这些变化可以用肉眼看到。

结构简单

Reichstein说，该团队的氢指示超粒子有几种可能的应用。直径在1-10μm之间，颗粒足够小，可以作为添加剂或颜料掺入各种材料中，包括管道和安全服上的涂层。这使得利用它们快速检测氢气和精确定位几乎任何感兴趣的点的泄漏变得容易。

研究人员 告了他们在先进功能材料方面的工作，他们计划优化他们的超粒子，直到他们能够“充分发挥其潜力，在现实生活中的应用中实施它们，从而为更安全的氢经济做出贡献”。“目前，我们正在研究和提高超粒子的灵敏度及其长期稳定性，”Reichstein总结道。“我们还在测试涂层中超粒子的气相色功能。

Colour-changing sensor raises a pink flag to hydrogen leaks – Physics World

13 Apr 2022 Isabelle Dumé