Détection de gaz toxiques par un nouveau type de capteurs à nanodiamants

Développer des capteurs pour la détection de gaz toxiques ?

C’est la mission de l’équipe de recherche porteuse du projet intégré CoMICS (Chemistry of Molecular Interactions: Catalysis and Sensors) – projet soutenu par ISITE-BFC et la Région Bourgogne Franche-Comté.

Le dioxyde d’azote, NO2, est un gaz impliqué dans la formation des pluies acides, de l’ozone et du smog. En plus de son impact environnemental négatif, il est également nocif pour la santé humaine, avec une limite d’exposition de seulement 3 ppm.

La détection du NO2 est donc un enjeu important, dont s’est saisi Jean-Cyrille Hierso, pilote du projet CoMICS, et ses collaborateurs.

Leurs travaux, portant sur le développement d’un nouveau type de capteurs à base de nanodiamants, fait l’objet d’un article (estampillé Hot Paper) récemment publié dans le journal international et leader de chimie pluridisciplinaire Angew Chemie International Edition.

Résumé :

Le dioxyde d’azote joue un rôle dans la formation des pluies acides, de l’ozone et du smog. Avec une limite d’exposition humaine de seulement 3 ppm, ce gaz est également nocif pour la santé humaine. La détection du NO2 est donc importante.

Jean-Cyrille Hierso (Université Bourgogne Franche-Comté, Dijon – France, et Institut Universitaire de France, Paris), Eduard Llobet (Université Rovira i Virgili, Tarragone – Espagne), Peter R. Schreiner (Université de Gießen, Allemagne) et leurs collègues ont mis au point des nanodiamants (diamantoïdes) fonctionnalisés à base de carbone hybridé sp3 qui détectent le NO2 et l’ammoniac (NH3) au niveau ppb, et ce, avec une faible dépense énergétique. Les chercheurs ont déposé du palladium sur des assemblages cristallins de diamantane fonctionnalisés avec des phosphines primaires. Les nanomatériaux poreux qui en résultent sont des semi-conducteurs de type p ayant une surface spécifique élevée pouvant atteindre 140 m2 g-1.

L’adsorption de NO2 ou de NH3 sur le diamantoïde produit des variations mesurables de la résistance électrique à des niveaux inférieurs au seuil limite d’exposition humaine. La réponse gazeuse est entièrement réversible à température ambiante. Les capteurs à base de diamantoïdes font preuve d’une grande stabilité dans des conditions environnementales variables. L’équipe pense que ces capteurs de gaz pourraient être largement utilisés dans les réseaux sans fil de détection de la qualité de l’air.

Le développement de ces nouveaux capteurs implique des équipes de l’ICMUB (UMR 6302 : CNRS, uB), du laboratoire ICB (UMR 6303 : CNRS, uB, UTBM), de l’institut UTINAM (UMR 6213 : CNRS, UFC) et de l’Institut FEMTO-ST (UMR 6174 : CNRS, UFC, ENSMM, UTBM) et repose sur une collaboration européenne avec l’implication d’un groupe espagnol et allemand.

Actuellement, l’étude a été valorisée dans Chemistry Views et URVACTIV@.

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Contact :
Jean-Cyrille Hierso
Professeur
ICMUB (Institut de Chimie Moléculaire de l’Université de Bourgogne) – UMR 6302 : CNRS, uB