Couleur

Un simple changement de couleur pourrait indiquer la présence d'hydrogène gazeux potentiellement dangereux grâce à un nouveau capteur développé par des chercheurs en Allemagne. Le dispositif à l'échelle du micron, qui utilise des "supraparticules" qui passent du violet au rose en présence d'hydrogène, pourrait aider à prévenir les explosions en facilitant la détection et la localisation des fuites dans les stations-service, les générateurs et les pipelines.

L'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables est un carburant respectueux de l'environnement et pourrait jouer un rôle important dans la transition vers des sources d'énergie plus durables. Il est cependant extrêmement inflammable et potentiellement explosif en présence d'air, et sa nature incolore et inodore le rend difficile à détecter. Les capteurs optiques d'hydrogène ont tendance à utiliser des structures complexes telles que des nanoantennes, des sources lumineuses, des fibres optiques et des dispositifs de contrôle électroniques pour convertir un signal optique en une réponse lisible, tandis que les capteurs d'hydrogène "gasochromiques" (c'est-à-dire à changement de couleur) sont souvent fabriqués sous forme de couches minces de substrats spécifiques, ce qui donne une structure multicouche fragile.

Un consortium de scientifiques de la FAU Erlangen-Nürnberg, coordonné par Jakob Reichstein dans le groupe de recherche de Karl Mandel, vient de créer un capteur d'hydrogène alternatif utilisant des supraparticules à trois composants : des nanoparticules de silice, des nanoparticules d'or-palladium (Au-Pd) et un colorant indicateur appelé résazurine. L'équipe a combiné ces trois ingrédients dans une dispersion aqueuse qu'ils ont atomisée pour générer de petites gouttelettes. Ils ont ensuite introduit les gouttelettes dans une chambre chaude dans un processus connu sous le nom de séchage par pulvérisation. Lorsque le solvant s'évapore, Reichstein explique que les nanoparticules et les molécules de colorant sont forcées ensemble, formant une structure connue sous le nom de cadre supraparticulaire mésoporeux accessible aux gaz tels que l'hydrogène.

Lorsque les particules de la structure absorbent l'eau de l'atmosphère, elles forment un système triphasé qui permet aux molécules de résazurine de se propager librement. En effet, Reichstein dit que l'eau agit comme un milieu de transport, transportant les molécules de colorant de résazurine vers les nanoparticules Au-Pd catalytiques actives. En présence d'hydrogène, la résazurine est réduite (c'est-à-dire qu'elle capte un atome d'hydrogène), formant un produit chimique apparenté, la résorufine. Si l'hydrogène continue d'être présent - comme ce serait le cas pour une fuite en cours - une réaction de réduction supplémentaire se produit, transformant la résorufine en hydrorésorufine.

"La réduction de la résazurine induite par l'hydrogène s'accompagne d'un changement de couleur distinct en deux étapes des supraparticules : la première de manière irréversible du violet au rose, puis de manière réversible à un état incolore", explique Reichstein. "Ces changements peuvent être vus à l'œil nu."

Reichstein dit que les supraparticules indiquant l'hydrogène de l'équipe ont plusieurs applications possibles. Avec des diamètres compris entre 1 et 10 µm, les particules sont suffisamment petites pour être incorporées en tant qu'additifs ou pigments dans divers matériaux, y compris les revêtements sur les pipelines et les vêtements de sécurité. Cela facilite leur exploitation pour une détection rapide de l'hydrogène et pour localiser avec précision les fuites à presque n'importe quel point d'intérêt.

Le capteur d'hydrogène s'inspire des ailes de papillon

Les chercheurs, qui rapportent leurs travaux sur les matériaux fonctionnels avancés, prévoient d'optimiser leurs supraparticules jusqu'à ce qu'elles puissent "réaliser tout leur potentiel, les mettre en œuvre dans des applications réelles et ainsi contribuer à une économie de l'hydrogène plus sûre". "Actuellement, nous étudions et améliorons la sensibilité des supraparticules ainsi que leur stabilité à long terme", conclut Reichstein. "Nous testons également la fonctionnalité gazochromique des supraparticules dans les revêtements."