La montmorillonite de polyaniline à réponse et récupération rapides réduit le matériau nanocomposite polymère d'oxyde de graphène pour la détection du cyanure d'hydrogène gazeux

Dec 22, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8074 (2023) Citer cet article

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Dans le présent travail, nous avons développé un capteur de gaz à base de polymère. Les nanocomposites polymères sont synthétisés par polymérisation chimique oxydative de l'aniline avec du persulfate d'ammonium et de l'acide sulfurique. Le capteur fabriqué est capable d'atteindre une réponse de détection de 4,56 % pour PANI/MMT-rGO à 2 ppm de cyanure d'hydrogène (HCN) gazeux. La sensibilité des capteurs PANI/MMT et PANI/MMT-rGO sont respectivement de 0,89 ppm−1 et 1,1174 ppm−1. L'augmentation de la sensibilité du capteur peut être due à une augmentation de la surface fournie par le MMT et le rGO, qui fournissent davantage de sites de liaison pour le gaz HCN. La réponse de détection du capteur augmente à mesure que la concentration du gaz exposé augmente mais sature après 10 ppm. Le capteur récupère automatiquement. Le capteur est stable et peut fonctionner pendant 8 mois.

Les vapeurs de cyanure d'hydrogène (HCN) sont extrêmement dangereuses pour l'organisme vivant. Le gaz HCN, lorsqu'il est inhalé, augmente le niveau d'absorption d'oxygène par la cellule1,2,3. Le niveau toxique du gaz HCN est supérieur à 100 ppm et, une fois exposé, il peut tuer un être humain en 1 h4. La tragédie du gaz à Bhopal en 1984 a tué 3 787 innocents en une seule nuit. Cette tragédie aurait pu être évitée si un système d'alarme (capteur de gaz) avait été installé. La détection de traces de gaz toxiques (ammoniac, diméthylméthylphosphonate (DMMP), monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, protoxyde d'azote, HCN) est importante pour éviter un accident mortel. La fabrication et le développement de nez électroniques aux niveaux micro et nano sont donc nécessaires. La fabrication de capteurs de gaz utilisant des nanostructures augmente la sensibilité des capteurs. L'augmentation de la surface due aux nanoparticules augmente les sites de liaison du gaz. Un capteur est un appareil lorsqu'il reçoit un stimulus, il répond par un signal électrique5,6,7,8,9,10. Les capteurs de chimirésistance fonctionnent sur le principe du changement de résistance lors de l’exposition au gaz. Un capteur standard doit satisfaire aux caractéristiques suivantes telles que le fonctionnement à température ambiante, le travail dans l'environnement ambiant et aucune nécessité d'apport d'oxygène ou d'air, aucun stimulus externe n'est requis, la capacité de détecter des gaz toxiques à faible concentration, une sensibilité et une reproductibilité élevées, réponse et récupération rapides, peu coûteuses et respectueuses de l’environnement11.

Les capteurs de gaz conducteurs à base de polymère présentent de nombreux avantages par rapport aux capteurs à oxyde métallique, tels qu'une sensibilité élevée, un temps de réponse court, un fonctionnement à température ambiante et peuvent être réglés en fonction de la nature du dopant. La sensibilité du capteur de gaz à base de polymère est élevée en raison de son rapport surface/volume élevé, de sa taille compacte, de son poids léger et de sa facilité d'intégration avec le système électronique existant12. De nombreux chercheurs du monde entier s'intéressent au matériau nanocomposite polymère (organique-inorganique) en raison de ses propriétés uniques telles qu'une flexibilité accrue, une dureté de surface améliorée et une résistance à la chaleur (due aux composants inorganiques)8,9,10,13,14,15. . Yang et al.16 ont rapporté la détection du gaz HCN par la technique de la microbalance à cristal de quartz (QCM)16,17.

Nous rapportons ici pour la première fois la détection du gaz HCN par méthode de chimi-résistance ayant une réponse rapide. Dans le présent travail, nous avons synthétisé le nanocomposite Polyaniline/MMT-rGO par polymérisation chimique oxydative. Nous avons utilisé le PANI comme matériau de détection dans cette étude en raison de sa stabilité, de sa haute sensibilité, de sa bonne conductivité électrique, de son faible coût et de sa facilité de synthèse en laboratoire. rGO fournit plus de sites de liaison en raison de sa surface spécifique élevée, de sa stabilité thermique et de sa conductivité électrique. La montmorillonite (MMT) est utilisée comme matériau de détection dans la présente étude en raison de sa surface spécifique élevée, de sa structure poreuse (qui fournit la grande surface), de son coefficient d'adsorption élevé, de sa facilité de réglage des propriétés (fonctionnalisation), de son respect de l'environnement et de son faible coût. . Le matériau nanocomposite polymère synthétisé est caractérisé par SEM, FTIR et XRD. Nous pouvons obtenir une réponse de détection de 4,56 % pour PANI/MMT-rGO à 2 ppm de gaz cyanure d'hydrogène (HCN). Le capteur revient à la ligne de base après chaque exposition de HCN. Le capteur est stable et fonctionne avec succès depuis 9 mois.