色

ドイツの研究者が開発した新しいセンサーのおかげで、単純な色の変化が潜在的に有害な水素ガスの存在を示す可能性があります。 このミクロンスケールの装置は、水素の存在下で紫色からピンク色に変化するいわゆる「超粒子」を使用しており、燃料スタンド、発電機、パイプラインでの漏れの検出と位置特定が容易になり、爆発の防止に役立つ可能性がある。

再生可能エネルギーを使用して生成された水素は環境に優しい燃料であり、より持続可能なエネルギー源への移行において重要な役割を果たす可能性があります。 ただし、非常に可燃性が高く、空気の存在下では爆発する可能性があり、無色無臭の性質があるため、検出するのが困難です。 光水素センサーは、光信号を読み取り可能な応答に変換するために、ナノアンテナ、光源、光ファイバー、電子制御デバイスなどの複雑な構造を採用する傾向がありますが、「ガスクロミック」（つまり、色が変化する）水素センサーは、多くの場合、薄型に製造されます。特定の基材のフィルムを使用すると、脆弱な多層構造が生じます。

カール・マンデル研究グループのヤコブ・ライヒシュタインが調整したFAUエアランゲン・ニュルンベルクの科学者コンソーシアムは、シリカナノ粒子、金パラジウム（Au-Pd）ナノ粒子、指示薬色素という3つの成分を含む超粒子を使用した代替水素センサーを作製した。レザズリンといいます。 研究チームは、これら 3 つの成分を水性分散液中で組み合わせ、それを噴霧して小さな液滴を生成しました。 次に、スプ​​レー乾燥として知られるプロセスで、液滴を高温チャンバーに導入しました。 溶媒が蒸発すると、ナノ粒子と色素分子が強制的に結合され、水素などのガスがアクセスしやすいメソポーラス超粒子フレームワークとして知られる構造が形成されるとライヒシュタインは説明する。

構造内の粒子が大気から水を吸収すると、レサズリン分子が自由に増殖できる三相系が形成されます。 実際、ライヒシュタインは、水が輸送媒体として機能し、レザズリン色素分子を触媒活性のある Au-Pd ナノ粒子に向かって運ぶと述べています。 水素の存在下では、レサズリンは還元され（つまり、水素原子を取り込み）、関連する化学物質であるレゾルフィンが形成されます。 進行中の漏れの場合のように、水素が存在し続けると、追加の還元反応が発生し、レゾルフィンがヒドロレゾルフィンに変化します。

「水素によるレサズリンの還元には、超粒子の明確な2段階の色の変化が伴います。最初は紫色からピンク色へ不可逆的に変化し、次に可逆的に無色状態になります」とライヒシュタインは説明する。 「これらの変化は肉眼で見ることができます。」

ライヒシュタイン氏は、研究チームの水素を示す超粒子にはいくつかの応用可能性があると述べている。 粒子の直径は 1 ～ 10 µm と非常に小さいため、パイプラインのコーティングや安全服など、さまざまな材料に添加剤や顔料として組み込むことができます。 これにより、水素を迅速に検出したり、ほぼすべての対象地点での漏洩箇所を正確に特定したりするためにそれらを活用することが容易になります。

蝶の羽からインスピレーションを得た水素センサー

先端機能材料に関する研究を報告している研究者らは、「その可能性を最大限に発揮し、実際の用途に実装して、より安全な水素経済に貢献できる」まで超粒子を最適化する計画を立てている。 「現在、我々は超粒子の感度とその長期安定性を調査し、改善しているところです」とライヒシュタイン氏は結論づけた。 「私たちはまた、コーティング中の超粒子のガスクロミック機能もテストしています。」