浏览全部资源
扫码关注微信
基于Pd/WO3的氢致变色传感器制备及其性能研究
Preparation and Performance Study of Pd/WO3 Based Hydrogen Gasochromic Sensor
- 中北大学学报(自然科学版) 2025年46卷第3期 页码：389-395
- 作者机构：
1.中北大学 微纳器件与系统教育部重点实验室，山西 太原 030051
2.中北大学 省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
- 作者简介：
张小莉（1998-）， 女， 硕士生， 主要从事氢致变色传感器的研制及性能测试的研究。
田佳蔚（1993-）， 女， 讲师， 博士， 主要从事气体传感器及测量系统， 微/纳机电系统（MEMS/NEMS）， 电子薄膜与集成器件的制造及其应用的研究。E⁃mail： 20230060@nuc.edu.cn。
谭秋林（1979-）， 男， 教授， 博士， 主要从事超常规传感技术及仪器方面的研究。E⁃mail： tanqiulin@nuc.edu.cn。
- 基金信息：山西省基础研究计划（自由探索类）青年项目(202403021212164)
DOI：10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.02.0010
中图分类号： TP212收稿：2025-02-20，
纸质出版：2025-06-30
- 稿件说明：
移动端阅览
张小莉， 田佳蔚， 王宁， 等. 基于Pd/WO3的氢致变色传感器制备及其性能研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2025， 46（3）： 389-395.
ZHANG Xiaoli， TIAN Jiawei， WANG Ning， et al. Preparation and performance study of Pd/WO3 based hydrogen gasochromic sensor［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2025， 46（3）： 389-395.
张小莉， 田佳蔚， 王宁， 等. 基于Pd/WO3的氢致变色传感器制备及其性能研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2025， 46（3）： 389-395. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.02.0010.
ZHANG Xiaoli， TIAN Jiawei， WANG Ning， et al. Preparation and performance study of Pd/WO3 based hydrogen gasochromic sensor［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2025， 46（3）： 389-395. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.02.0010.
摘要
氢能作为最有发展前景的清洁能源在生产生活中越来越重要， 有望替代传统的化石能源。然而氢气（Hydrogen， H
2
）易燃易爆易泄露， 使得H
2
传感器的开发和利用越来越重要。氢致变色传感器在H
2
中呈现出可直接被肉眼观察到的颜色变化， 无需额外电学系统， 因此在H
2
传感器中脱颖而出。同时该类传感器的工作温度低， 降低了因高温带来的H
2
爆炸风险。采用阳极氧化法和紫外还原法制备了Pd/WO
3
氢致变色材料， 然后将氢致变色材料滴涂至柔性衬底上得到氢致变色传感器， 该传感器具有出色的H
2
检测性能。首先， 传感器的着色速度快且着色明显， 95 s内色差可达51； 其次， 传感器的工作温度为室温， 大大降低了H
2
爆炸的风险； 最后， 传感器的检测下限较低， 其在体积分数为0.04% H
2
下的颜色变化仍然可以被肉眼所分辨。另外， 该传感器使用的柔性衬底使其能贴合于各种不规则的潜在泄漏点上， 应用更加广泛。
Abstract
Hydrogen energy， as the most promising clean energy source， is increasingly important in both contemporary industrial and daily life， and it is expected to replace traditional fossil energy. However， the flammable and explosive nature of hydrogen make the development and utilization of hydrogen sensors increasingl important. Among these sensors， hydrogen gasochromic sensors stand out which exhibit identifiable color changes in hydrogen by the naked eye without the need for additional electrical systems. Meanwhile， the low operating temperature of this sensor reduces the risk of hydrogen explosions due to high temperatures. In this paper， Pd/WO
3
gasochromic material was prepared by anodic oxidation and ultraviolet reduction. The hydrochromic material was drop-coated onto a flexible substrate to obtain a hydrochromic sensor， which shows excellent hydrogen detection capabilities. Firstly， the sensor exhibits a rapid and obvious color change， with a color difference of up to 51 within 95 seconds. Secondly， the sensor operates at room temperature， which significantly reduces the risk of hydrogen explosions. Finally， the sensor has a low detection limit， and it can still exhibit a visible color change at hydrogen concentrations as low as volume fraction of 0.04%. In addition， the use of a flexible substrate allows the sensor to be adapted to various irregular potential leakage points， making it a wider range of applications.
关键词
Keywords
references
孙晓仁 ， 孙怡玲 . 21世纪世界能源发展的10个趋势 ［J］. 科技导报 ， 2004 ， 22 （ 5 ）： 50 - 52 .
SUN Xiaoren ， SUN Yiling . Ten tendencies towards the world energy development in the 21st century ［J］. Science & Technology Review ， 2004 ， 22 （ 5 ）： 50 - 52 . （in Chinese）
赵永志 ， 蒙波 ， 陈霖新 ， 等 . 氢能源的利用现状分析 ［J］. 化工进展 ， 2015 ， 34 （ 9 ）： 3248 - 3255 .
ZHAO Yongzhi ， MENG Bo ， CHEN Linxin ， et al . Utilization status of hydrogen energy ［J］. Chemical Industry and Engineering Progress ， 2015 ， 34 （ 9 ）： 3248 - 3255 . （in Chinese）
OLABI A G ， BAHRI A S ， ABDELGHAFAR A A ， et al . Large-vscale hydrogen production and storage technologies： Current status and future directions ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2021 ， 46 （ 45 ）： 23498 - 23528 .
李建林 ， 李光辉 ， 马速良 ， 等 . 氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用 ［J］. 现代电力 ， 2021 ， 38 （ 5 ）： 535 - 545 .
LI Jianlin ， LI Guanghui ， MA Suliang ， et al . An overview on hydrogen energy storage and transportation technology and its typical application in power system ［J］. Modern Electric Power ， 2021 ， 38 （ 5 ）： 535 - 545 . （in Chinese）
王健 ， 陈福 ， 陈兆民 . 氢能的输送与存储 ［J］. 玻璃 ， 2023 ， 50 （ 1 ）： 2 - 6 .
WANG Jian ， CHEN Fu ， CHEN Zhaomin . Transport and storage of hydrogen energy ［J］. Glass ， 2023 ， 50 （ 1 ）： 2 - 6 . （in Chinese）
HÜBERT T ， BOON-BRETT L ， BLACK G ， et al . Hydrogen sensors–A review ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2011 ， 157 （ 2 ）： 329 - 352 .
张轲 ， 刘述丽 ， 刘明明 ， 等 . 氢能的研究进展 ［J］. 材料导报 ， 2011 ， 25 （ 9 ）： 116 - 119 .
ZHANG Ke ， LIU Shuli ， LIU Mingming ， et al . Research developments of hydrogen energy ［J］. Materials Review ， 2011 ， 25 （ 9 ）： 116 - 119 . （in Chinese）
周承商 ， 黄通文 ， 刘煌 ， 等 . 混氢天然气输氢技术研究进展 ［J］. 中南大学学报（自然科学版） ， 2021 ， 52 （ 1 ）： 31 - 43 .
ZHOU Chengshang ， HUANG Tongwen ， LIU Huang ， et al . Research progress of hydrogen transport technology for blended hydrogen natural gas ［J］. Journal of Central South University （Science and Technology） ， 2021 ， 52 （ 1 ）： 31 - 43 . （in Chinese）
LIU H ， YANG Z ， WANG L ， et al . Gasochromic hydrogen sensors： fundamentals， recent advances， and perspectives ［J］. Sensors and Materials ， 2023 ， 35 （ 1 ）： 39 .
GIRÃO A F ， COMPLETO A . Eye-readable sensors for intuitive hydrogen monitoring ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2024 ， 65 ： 593 - 605 .
DONG C ， ZHAO R ， YAO L ， et al . A review on WO 3 based gas sensors： Morphology control and enhanced sensing properties ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2020 ， 820 ： 153194 .
NIE L ， GUO X ， GAO C ， et al . Optical H 2 -sensing properties of ordered porous WO 3 films prepared by colloidal template method ［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics ， 2022 ， 33 （ 3 ）： 1604 - 1617 .
KIM S ， MAENG B ， YANG Y ， et al . Hybrid hydrogen sensor based on Pd/WO 3 showing simultaneous chemiresistive and gasochromic response ［J］. Nanomaterials ， 2023 ， 13 （ 18 ）： 2563 .
GARAVAND N T ， MAHDAVI S M ， ZAD A I ， et al . The effect of operating temperature on gasochromic properties of amorphous and polycrystalline pulsed laser deposited WO 3 films ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2012 ， 169 ： 284 - 290 .
MASOUMI DEHAGHI Z ， RANJBAR M ， TORABI GOODARZI M . Hydrogen sensing by RGB investigation of gasochromic coloration of MoO 3 /Pd-coated polyester fabrics ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2021 ， 46 （ 80 ）： 40185 - 40195 .
GAO C ， GUO X ， NIE L ， et al . A review on WO 3 gasochromic film： Mechanism， preparation and properties ［J］. International Journal of Hydrogen Energy ， 2023 ， 48 （ 6 ）： 2442 - 2465 .
DONG C ， ZHAO R ， YAO L ， et al . A review on WO 3 based gas sensors： Morphology control and enhanced sensing properties ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2020 ， 820 ： 153194 .
0
浏览量
11
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 京ICP备09064830号-19
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies