Metal–polymer hybrid nanomaterials for plasmonic ultrafast hydrogen detection

材料科学 纳米材料 易燃液体 纳米技术 聚合物 等离子纳米粒子 氢传感器 等离子体子 纳米颗粒 光电子学 化学 复合材料 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Ferry Anggoro Ardy Nugroho,Iwan Darmadi,Lucy Cusinato,Arturo Susarrey-Arce,H. Schreuders,Lars J. Bannenberg,Alice Bastos da Silva Fanta,Shima Kadkhodazadeh,Jakob Birkedal Wagner,Tomasz J. Antosiewicz,Anders Hellman,Vladimir P. Zhdanov,B. Dam,Christoph Langhammer
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:18 (5): 489-495 被引量:198
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0325-4
摘要

Hydrogen-air mixtures are highly flammable. Hydrogen sensors are therefore of paramount importance for timely leak detection during handling. However, existing solutions do not meet the stringent performance targets set by stakeholders, while deactivation due to poisoning, for example by carbon monoxide, is a widely unsolved problem. Here we present a plasmonic metal-polymer hybrid nanomaterial concept, where the polymer coating reduces the apparent activation energy for hydrogen transport into and out of the plasmonic nanoparticles, while deactivation resistance is provided via a tailored tandem polymer membrane. In concert with an optimized volume-to-surface ratio of the signal transducer uniquely offered by nanoparticles, this enables subsecond sensor response times. Simultaneously, hydrogen sorption hysteresis is suppressed, sensor limit of detection is enhanced, and sensor operation in demanding chemical environments is enabled, without signs of long-term deactivation. In a wider perspective, our work suggests strategies for next-generation optical gas sensors with functionalities optimized by hybrid material engineering.
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