Cor

Uma simples mudança de cor pode indicar a presença de gás hidrogênio potencialmente perigoso, graças a um novo sensor desenvolvido por pesquisadores na Alemanha. O dispositivo de microescala, que usa as chamadas "suprapartículas" que mudam de roxo para rosa na presença de hidrogênio, pode ajudar a prevenir explosões ao facilitar a detecção e localização de vazamentos em postos de combustível, geradores e tubulações.

O hidrogênio produzido com energia renovável é um combustível ecológico e pode desempenhar um papel importante na transição para fontes de energia mais sustentáveis. É, no entanto, extremamente inflamável e potencialmente explosivo na presença do ar, e sua natureza incolor e inodora dificulta sua detecção. Os sensores ópticos de hidrogênio tendem a empregar estruturas complexas, como nanoantenas, fontes de luz, fibras ópticas e dispositivos de controle eletrônico para converter um sinal óptico em uma resposta legível, enquanto os sensores de hidrogênio "gasocrômicos" (ou seja, que mudam de cor) são frequentemente fabricados como finos filmes de substratos específicos, resultando em uma estrutura multicamada frágil.

Um consórcio de cientistas da FAU Erlangen-Nürnberg, coordenado por Jakob Reichstein no grupo de pesquisa de Karl Mandel, já fez um sensor alternativo de hidrogênio usando suprapartículas com três componentes: nanopartículas de sílica, nanopartículas de ouro-paládio (Au-Pd) e um corante indicador chamado resazurina. A equipe combinou esses três ingredientes em uma dispersão aquosa que eles atomizaram para gerar pequenas gotículas. Eles então introduziram as gotas em uma câmara quente em um processo conhecido como spray-drying. Quando o solvente evapora, Reichstein explica que as nanopartículas e as moléculas de corante são forçadas juntas, formando uma estrutura conhecida como estrutura supraparticulada mesoporosa acessível a gases como o hidrogênio.

À medida que as partículas da estrutura absorvem água da atmosfera, elas formam um sistema trifásico que permite que as moléculas de resazurina se propaguem livremente. Com efeito, Reichstein diz que a água atua como um meio de transporte, levando as moléculas do corante resazurina para as nanopartículas de Au-Pd catalíticamente ativas. Na presença de hidrogênio, a resazurina é reduzida (ou seja, capta um átomo de hidrogênio), formando uma substância química relacionada, a resorufina. Se o hidrogênio continuar presente – como seria o caso de um vazamento contínuo – ocorre uma reação de redução adicional, transformando a resorufina em hidroresorufina.

"A redução induzida por hidrogênio da resazurina é acompanhada por uma mudança de cor distinta em duas etapas das suprapartículas: a primeira irreversivelmente de roxo para rosa e depois reversivelmente para um estado incolor", explica Reichstein. "Essas mudanças podem ser vistas a olho nu."

Reichstein diz que as suprapartículas indicadoras de hidrogênio da equipe têm várias aplicações possíveis. Com diâmetros entre 1-10 µm, as partículas são pequenas o suficiente para serem incorporadas como aditivos ou pigmentos em vários materiais, incluindo revestimentos em dutos e roupas de segurança. Isso torna mais fácil explorá-los para detecção rápida de hidrogênio e localização precisa de vazamentos em quase qualquer ponto de interesse.

Sensor de hidrogênio é inspirado em asas de borboleta

Os pesquisadores, que relatam seu trabalho em Advanced Functional Materials, planejam otimizar suas suprapartículas até que possam "realizar todo o seu potencial, implementá-las em aplicações da vida real e, portanto, contribuir para uma economia de hidrogênio mais segura". "Atualmente, estamos investigando e melhorando a sensibilidade das suprapartículas, bem como sua estabilidade a longo prazo", conclui Reichstein. "Também estamos testando a funcionalidade gasocrômica das suprapartículas em revestimentos."