查尔姆斯理工突破：催化等离激元传感器实现“越湿越强”的氢气检测

革命性湿度增强型氢气传感器为清洁能源大规模应用铺平道路

在推动社会能源转型的进程中，氢气正扮演着日益关键的角色。无论是作为交通领域的重要能源载体，还是作为化学工业及绿色钢铁制造的清洁原料，氢气的广泛应用都离不开一项核心技术——高效可靠的氢气传感器。这类传感器对于及时检测泄漏、防止氢气与空气混合形成易爆气体至关重要。然而，一个长期存在的技术挑战是，氢气可能存在的环境往往也伴随着湿度，而传统传感器在潮湿条件下的性能会大打折扣。

如今，瑞典查尔姆斯理工大学的研究团队成功展示了一种创新型的紧凑传感器，它不仅完美适应高湿环境，更展现出"越湿越强"的独特优势。这项突破性的研究成果已发表在知名科学期刊《ACS Sensors》上。

湿度不再是障碍，而是性能助推器

"传统湿度传感器在不同环境中性能波动极大，湿度是主要干扰因素。许多传感器在潮湿条件下响应变慢或精度下降。"该研究第一作者、查尔姆斯理工大学博士生阿萨纳西奥斯·塞奥佐里迪斯表示，"当我们测试新型传感器概念时，发现了一个反直觉的现象：环境湿度越高，传感器对氢气的响应反而越强。我们花了相当长时间才完全理解这一独特机制。"

在氢能应用场景中，湿度无处不在：燃料电池中氢气与氧气反应生成水；为保持燃料电池内部质子交换膜湿润需要主动加水；储存和运输设施始终与湿度变化的大气环境相通。这些工况对传感器的环境适应性提出了严苛要求。

创新设计：让水蒸气"自我蒸发"的智能传感器

这款指尖大小的新型传感器采用铂金属纳米颗粒，巧妙结合了催化剂与传感器的双重功能。其工作原理堪称精妙：铂作为高效催化剂加速空气中氧气与氢气的反应，产生的热量使传感器表面的水蒸气层"沸腾蒸发"。有趣的是，水蒸气层的厚度恰恰由空气湿度决定——湿度越大，水层越厚，传感器据此通过测量水层厚度精确感知氢气浓度。

监测过程通过等离激元光学效应实现：纳米颗粒捕获光线并呈现出特征颜色变化。当环境中氢气浓度达到危险水平时，传感器的颜色变化会触发警报系统。

查尔姆斯理工大学物理系教授、传感器技术公司Insplorion联合创始人克里斯托夫·朗哈默尔介绍，该校在等离激元气体传感器领域已深耕多年。研究团队此前主要基于钯金属纳米颗粒开展研究，钯具有类似海绵吸水的特性。而此次通过TechForH2氢能能力中心开发的新型铂基传感器，开创了"催化等离激元气体传感器"这一全新方向。

性能卓越，稳定性突出

研究团队对新型传感器进行了超过140小时的连续高湿环境测试。结果显示，传感器在不同湿度条件下展现出优异的稳定性，能够可靠检测氢气浓度低至百万分之三十（30 ppm）的水平——这使其跻身全球最灵敏的湿度环境氢气传感器之列。

"随着氢能在能源转型中的地位日益凸显，市场对能够在复杂环境中可靠工作的传感器需求空前迫切。"朗哈默尔教授指出，"未来的传感器需要更小型化、更智能化、更适合大规模量产，同时成本更低。我们的新概念完美契合这些产业化要求。"

研究人员同时强调，开发适用于各种复杂环境的理想气体传感器可能需要多种材料体系的协同配合。"不同材料各有所长——有些提供快速响应和高灵敏度，有些则表现出更强的耐湿性。我们正在将这些认知转化为实际应用。"塞奥佐里迪斯补充道。

这一突破性进展为氢能安全监测提供了全新解决方案，有望加速氢能在交通、工业等领域的规模化应用，为清洁能源转型提供关键技术支持。