Balancing Pd–H Interactions: Thiolate‐Protected Palladium Nanoclusters for Robust and Rapid Hydrogen Gas Sensing

纳米团簇 氢化钯 材料科学 氢化物 离解(化学) 吸附 氢传感器 解吸 氢气储存 检出限 催化作用 金属 纳米技术 物理化学 化学 有机化学 色谱法 冶金
作者
Zhuo Chen,Peng Yuan,Cailing Chen,Xinhuilan Wang,Jinrong Wang,Jiaqi Jia,Bambar Davaasuren,Zhiping Lai,Niveen M. Khashab,Kuo‐Wei Huang,Osman M. Bakr,Jun Yin,K. Saláma
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202404291
摘要

Abstract The transition toward hydrogen gas (H 2 ) as an eco‐friendly and renewable energy source necessitates advanced safety technologies, particularly robust sensors for H 2 leak detection and concentration monitoring. Although palladium (Pd)‐based materials are preferred for their strong H 2 affinity, intense palladium–hydrogen (Pd–H) interactions lead to phase transitions to palladium hydride (PdH x ), compromising sensors’ durability and detection speeds after multiple uses. In response, this study introduces a high‐performance H 2 sensor designed from thiolate‐protected Pd nanoclusters (Pd 8 SR 16 ), which leverages the synergistic effect between the metal and protective ligands to form an intermediate palladium–hydrogen–sulfur (Pd–H–S) state during H 2 adsorption. Striking a balance, it preserves Pd–H binding affinity while preventing excessive interaction, thus lowering the energy required for H 2 desorption. The dynamic adsorption‐dissociation‐recombination‐desorption process is efficiently and highly reversible with Pd 8 SR 16 , ensuring robust and rapid H 2 sensing at parts per million (ppm). The Pd 8 SR 16 ‐based sensor demonstrates exceptional stability (50 cycles; 0.11% standard deviation in response), prompt response/recovery (t 90 = 0.95 s/6 s), low limit of detection (LoD, 1 ppm), and ambient temperature operability, ranking it among the most sensitive Pd‐based H 2 sensors. Furthermore, a multifunctional prototype demonstrates the practicality of real‐world gas sensing using ligand‐protected metal nanoclusters.
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