Команда Университета Тохоку создала палладиевый датчик водорода, работающий при 80 °C и 90% влажности без нагрева

Международная группа из Института перспективных материаловедческих исследований Университета Тохоку (WPI-AIMR), Университета Юты и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработала каталитический датчик водорода, который работает в горячем влажном воздухе без внешнего нагревателя, сообщает tohoku.ac.jp. Работа опубликована в Advanced Materials 23 октября 2026 года tohoku.ac.jptohoku.ac.jptohoku.ac.jpОткрыть источник ↗.

Влажность остаётся постоянной проблемой для детекторов водорода: молекулы воды могут покрывать их активные поверхности и мешать точному отклику, особенно в горячей и насыщенной влагой среде. Надёжные датчики нужны везде, где водород производят, хранят, перевозят или используют, поскольку даже небольшие утечки создают риски для безопасности.

Межзёренные границы и характеристики датчика

Устройство построено из сети наночастиц палладия с большим числом межзёренных границ, то есть интерфейсов, где соприкасаются соседние кристаллы. По словам авторов, именно эти границы позволяют противостоять влиянию влаги.

Датчик регистрирует водород при температуре окружающей среды от 22 до 80 °C и относительной влажности от 0% до 90%. Он обнаружил водород в концентрации до 100 частей на миллион при 80 °C и относительной влажности 90% tohoku.ac.jptohoku.ac.jptohoku.ac.jpОткрыть источник ↗. Команда также сообщила о селективности по отношению к 21 потенциально мешающему газу, воспроизводимой работе в 100 последовательных циклах измерения и стабильной работе в испытаниях длительностью 125 суток. Устройство удовлетворяет соответствующим требованиям ISO 26142 по отклику на влажность в жёстких условиях.

Почему влага не блокирует сигнал

Исследователи сочетали эксперименты, отслеживающие структурные изменения и десорбцию воды, с молекулярной динамикой и расчётами из первых принципов. «Мы обнаружили, что межзёренные границы помогают водороду проникать в палладий и быстро образовывать гидрид палладия, даже когда поверхность влажная», — заявил Хао Ли, заслуженный профессор WPI-AIMR.

Гидрид слабо связывает воду, поэтому каталитические центры остаются более доступными для реакции водорода с кислородом, которая создаёт измеряемый сигнал. Взаимодействие границ кристаллов, образования гидрида и адсорбции воды, по мнению авторов, объясняет, почему материал сохраняет отклик там, где обычные катализаторы работают хуже.

Команда также встроила модель машинного обучения в портативный прототип датчика. С учётом меняющихся температуры и влажности система оценивала концентрацию водорода с отклонением в пределах 5% в испытаниях прототипа при случайно заданных условиях tohoku.ac.jptohoku.ac.jptohoku.ac.jpОткрыть источник ↗.

Авторы называют инженерию межзёренных границ перспективной стратегией для мониторинга водорода на промышленных объектах и в будущей водородной инфраструктуре.