The recent transition to H2-based energy storage demands reliable H2 sensors that allow for easy, fast, and reliable detection of leaks. Conventional H2 detectors are based on the changes of physical properties of H2 probes induced by subsurface H-atoms to a material such as electrical conductivity. Herein, we report on highly reactive gasochromic H2 detectors based on the adsorption of H2 on the material surface. We prepared supraparticles (SPs) containing different types of noble metal nanoparticles (NPs), silica NPs, and the dye resazurin by spray-drying and tested their performance for H2 detection. The material undergoes a distinct color change due to the hydrogenation of the purple resazurin to pink resorufin and, finally, colorless hydroresorufin. The stepwise transition is fast and visible to the naked eye. To further improve the performance of the sensor, we tested the reactivity of SPs with different catalytically active NPs by means of in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS). We show that the choice of the NP catalyst has a pronounced effect on the response of the H2 indicator. In addition, we demonstrate that the performance depends on the size of the NPs. These effects are attributed to the availability of reactive H-atoms on the NP surface. Among the materials studied, Pt-containing SPs gave the best results for H2 detection.

3.
G.
Glenk
and
S.
Reichelstein
,
Nat. Energy
4
,
216
(
2019
).
4.
T.
Hübert
,
L.
Boon-Brett
,
G.
Black
, and
U.
Banach
,
Sensors Actuators, B Chem.
157
,
329
(
2011
).
5.
H.
Jorschick
,
P.
Preuster
,
A.
Bösmann
, and
P.
Wasserscheid
,
Sustain. Energy Fuels
5
,
1311
(
2021
).
6.
P.
Preuster
,
C.
Papp
, and
P.
Wasserscheid
,
Acc. Chem. Res.
50
,
74
(
2017
).
7.
V. R.
Katti
,
A. K.
Debnath
,
S. C.
Gadkari
,
S. K.
Gupta
, and
V. C.
Sahni
,
Sens. Actuators, B
84
,
219
(
2002
).
8.
L.
Boon-Brett
,
G.
Black
,
P.
Moretto
, and
J.
Bousek
,
Int. J. Hydrogen Energy
35
,
7652
(
2010
).
9.
G.
Korotcenkov
,
S. D.
Han
, and
J. R.
Stetter
,
Chem. Rev.
109
,
1402
(
2009
).
10.
11.
K.
Potje-Kamloth
,
Chem. Rev.
108
,
367
(
2008
).
12.
T.
Hübert
,
L.
Boon-Brett
,
G.
Black
and
U.
Banach
.
Sensors Actuators, B Chem.
157
,
105019
(
2011
).
13.
M.
Ando
,
TrAC, Trends Anal. Chem.
25
,
937
(
2006
).
15.
C. H.
Han
,
D. W.
Hong
,
I. J.
Kim
,
J.
Gwak
,
S.
Do Han
, and
K. C.
Singh
,
Sens. Actuators, B
128
,
320
(
2007
).
16.
Y. I.
Chou
,
H. C.
Chiang
, and
C. C.
Wang
,
Sens. Actuators, B
129
,
72
(
2008
).
17.
H. S.
Lee
,
J.
Kim
,
H.
Moon
, and
W.
Lee
,
Adv. Mater.
33
,
2005929
(
2021
).
18.
T.
Hübert
,
L.
Boon-Brett
,
V.
Palmisano
, and
M. A.
Bader
,
Int. J. Hydrogen Energy
39
,
20474
(
2014
).
19.
C. C.
Ndaya
,
N.
Javahiraly
, and
A.
Brioude
,
Sensors
19
,
4478
(
2019
).
20.
J.
Hale
,
G.
Stehle
, and
I.
Bals
,
Sens. Actuators, B
7
,
665
(
1992
).
21.
Y.
Naitoh
,
T.
Sumiya
,
H.
Shima
and
H.
Akinaga
.
Sensors Actuators B Chem.
371
,
132531
(
2022
).
22.
V.
Aroutiounian
,
Int. J. Hydrogen Energy
32
,
1145
(
2007
).
23.
J.
Reichstein
,
S.
Schötz
,
M.
Macht
,
S.
Maisel
,
N.
Stockinger
,
C. C.
Collados
et al,
Adv. Funct. Mater.
32
,
2270128
(
2022
).
24.
J.
Reichstein
,
F.
Miller
,
S.
Wintzheimer
, and
K.
Mandel
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2170251
(
2021
).
25.
S.
Wintzheimer
,
J.
Reichstein
,
S.
Wenderoth
,
S.
Hasselmann
,
M.
Oppmann
,
M. T.
Seuffert
et al,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1970129
(
2019
).
26.
H.
Canziani
,
S.
Chiera
,
T.
Schuffenhauer
,
S. P.
Kopp
,
F.
Metzger
,
A.
Bück
et al,
Small
16
,
2002076
(
2020
).
27.
Y.
Huang
,
S.
Yan
,
S.
Zhang
,
Q.
Yin
,
X.
Chen
, and
W. D.
Wu
,
Colloids Surf., B
217
,
112610
(
2022
).
28.
A.
Suhendi
,
A. B. D.
Nandiyanto
,
M. M.
Munir
,
T.
Ogi
,
L.
Gradon
, and
K.
Okuyama
,
Langmuir
29
,
13152
(
2013
).
29.
R.
Balgis
,
L.
Ernawati
,
T.
Ogi
,
K.
Okuyama
, and
L.
Gradon
,
AIChE J.
63
,
1503
(
2017
).
30.
E. H. J.
Kim
,
X. D.
Chen
, and
D.
Pearce
,
J. Food Eng.
94
,
163
(
2009
).
31.
D.
Saha
,
S. K.
Nanda
, and
D. N.
Yadav
,
Powder Technol.
355
,
417
(
2019
).
32.
S. A.
Shoyele
and
S.
Cawthorne
,
Adv. Drug Delivery Rev.
58
,
1009
(
2006
).
33.
H.
Canziani
,
F.
Bever
,
A.
Sommereyns
,
M.
Schmidt
, and
N.
Vogel
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
,
13
,
25334
(
2021
).
34.
F.
Iskandar
,
L.
Gradon
, and
K.
Okuyama
,
J. Colloid Interface Sci.
265
,
296
(
2003
).
35.
H.
Zhou
,
R.
Pujales-Paradela
,
P.
Groppe
,
S.
Wintzheimer
,
K.
Mandel
,
H.
Zhou
et al,
Part. Part. Syst. Charact.
39
,
2200127
(
2022
).
36.
C.
Avci
,
M. L.
De Marco
,
C.
Byun
,
J.
Perrin
,
M.
Scheel
,
C.
Boissière
et al,
Adv. Mater.
33
,
2104450
(
2021
).
37.
S.
Wenderoth
,
G.
Bleyer
,
J.
Endres
,
J.
Prieschl
,
N.
Vogel
,
S.
Wintzheimer
et al,
Small
18
,
2203068
(
2022
).
38.
S.
Wintzheimer
,
M.
Oppmann
,
M.
Dold
,
C.
Pannek
,
M. L.
Bauersfeld
,
M.
Henfling
et al,
Part. Part. Syst. Charact.
36
,
1900254
(
2019
).
39.
M.
Oppmann
,
M.
Wozar
,
J.
Reichstein
, and
K.
Mandel
,
ChemNanoMat
5
,
230
(
2019
).
40.
S.
Wintzheimer
,
T.
Granath
,
M.
Oppmann
,
T.
Kister
,
T.
Thai
,
T.
Kraus
et al,
ACS Nano
12
,
5093
(
2018
).
41.
W.
Liu
,
M.
Kappl
,
W.
Steffen
, and
H. J.
Butt
,
J. Colloid Interface Sci.
607
,
1661
(
2022
).
42.
S.
Wooh
,
H.
Huesmann
,
M. N.
Tahir
,
M.
Paven
,
K.
Wichmann
,
D.
Vollmer
et al,
Adv. Mater.
27
,
7338
(
2015
).
43.
A. B. D.
Nandiyanto
,
T.
Ogi
,
W. N.
Wang
,
L.
Gradon
, and
K.
Okuyama
,
Adv. Powder Technol.
30
,
2908
(
2019
).
44.
T. T.
Nguyen
,
A. M.
Rahmatika
,
M.
Miyauchi
,
K. L. A.
Cao
, and
T.
Ogi
,
Langmuir
37
,
4256
(
2021
).
45.
J.
Wang
,
C. F.
Mbah
,
T.
Przybilla
,
B.
Apeleo Zubiri
,
E.
Spiecker
,
M.
Engel
et al,
Nat. Commun.
9
,
5259
(
2018
).
46.
F.
Miller
,
J.
Reichstein
, and
K.
Mandel
,
Adv. Opt. Mater.
10
,
2102520
(
2022
).
47.
S.
Müssig
,
J.
Reichstein
,
F.
Miller
, and
K.
Mandel
,
Small
18
,
2107511
(
2022
).
48.
J.
Han
,
Z.
Zhou
,
Y.
Yin
,
X.
Luo
,
J.
Li
,
H.
Zhang
et al,
CrystEngComm
14
,
7036
(
2012
).
49.
M. E.
Smith
,
A. L.
Stastny
,
J. A.
Lynch
,
Z.
Yu
,
P.
Zhang
, and
W. R.
Heineman
,
Anal. Chem.
92
,
10651
(
2020
).
50.
K. S.
Han
,
G.
Liu
,
X.
Zhou
,
R. E.
Medina
, and
P.
Chen
,
Nano Lett.
12
,
1253
(
2012
).
51.
N. C.
Bigall
,
T.
Härtling
,
M.
Klose
,
P.
Simon
,
L. M.
Eng
, and
A.
Eychmüller
,
Nano Lett.
8
,
4588
(
2008
).
52.
F. J.
Perez-Alonso
,
D. N.
McCarthy
,
A.
Nierhoff
,
P.
Hernandez-Fernandez
,
C.
Strebel
,
I. E. L.
Stephens
et al,
Angew. Chem., Int. Ed.
51
,
4641
(
2012
).
53.
C.
Dong
,
C.
Lian
,
S.
Hu
,
Z.
Deng
,
J.
Gong
,
M.
Li
et al,
Nat. Commun.
9
,
1252
(
2018
).
54.
M.
Navlani-García
,
K.
Mori
,
A.
Nozaki
,
Y.
Kuwahara
, and
H.
Yamashita
,
ChemistrySelect
1
,
1879
(
2016
).
55.
T. L.
Tan
,
L. L.
Wang
,
J.
Zhang
,
D. D.
Johnson
, and
K.
Bai
,
ACS Catal.
5
,
2376
(
2015
).
56.
C.
Cui
,
L.
Gan
,
H. H.
Li
,
S. H.
Yu
,
M.
Heggen
, and
P.
Strasser
,
Nano Lett.
12
,
5885
(
2012
).
57.
J. Y.
Park
,
Y.
Zhang
,
M.
Grass
,
T.
Zhang
, and
G. A.
Somorjai
,
Nano Lett.
8
,
673
(
2008
).
58.
N. S. K.
Gowthaman
,
B.
Sinduja
, and
S. A.
John
,
RSC Adv.
6
,
63433
(
2016
).
59.
C. Y.
Chiu
and
M. H.
Huang
,
Angew. Chemie Int. Ed.
52
,
12709
(
2013
).
60.
M. S.
Chen
and
D. W.
Goodman
,
Catal. Today
111
,
22
(
2006
).
61.
K.
Hou
,
J.
Han
, and
Z.
Tang
,
ACS Mater. Lett.
2
,
95
(
2020
).
62.
G.
Collins
,
F.
Davitt
,
C.
O’Dwyer
, and
J. D.
Holmes
,
ACS Appl. Nano Mater.
1
,
7129
(
2018
).
63.
G.
Collins
,
M.
Schmidt
,
G. P.
McGlacken
,
C.
O’Dwyer
, and
J. D.
Holmes
,
J. Phys. Chem. C
118
,
6522
(
2014
).
64.
K. M.
Vargas
,
K. A.
San
, and
Y. S.
Shon
,
ACS Appl. Nano Mater.
2
,
7188
(
2019
).
65.
C.
Bueno
,
M. L.
Villegas
,
S. G.
Bertolotti
,
C. M.
Previtali
,
M. G.
Neumann
, and
M. V.
Encinas
,
Photochem. Photobiol.
76
,
385
(
2002
).
66.
H.
Zhang
,
Z.
Li
,
L.
Liu
,
X.
Xu
,
Z.
Wang
,
W.
Wang
et al,
Sens. Actuators, B
147
,
111
(
2010
).
67.
X.
Wen
,
M.
Wang
,
C.
Wang
, and
J.
Jiang
,
Electrochim. Acta
56
,
6524
(
2011
).
68.
J. L. A.
Knapp
,
R.
González-Pinzón
, and
R.
Haggerty
,
Water Resour. Res.
54
,
6877
, (
2018
).
69.
M. E.
Smith
,
D. P.
Rose
,
X.
Cui
,
A. L.
Stastny
,
P.
Zhang
, and
W. R.
Heineman
,
Anal. Chem.
93
,
10487
(
2021
).
70.
H.
Wei
,
X.
Liu
,
A.
Wang
,
L.
Zhang
,
B.
Qiao
,
X.
Yang
et al,
Nat. Commun.
5
,
5634
(
2014
).
71.
C.
Zhou
,
J.
Wu
,
A.
Nie
,
R. C.
Forrey
,
A.
Tachibana
, and
H.
Cheng
,
J. Phys. Chem. C
111
,
12773
(
2007
).
72.
Z.
Zhao
,
M. A.
Carpenter
,
H.
Xia
, and
D.
Welch
,
Sens. Actuators, B
113
,
532
(
2006
).
73.
G.
Li
,
C.
Zeng
, and
R.
Jin
,
J. Phys. Chem. C
119
,
150206073350000
(
2015
).
74.
X.
Zhao
,
Y.
Chang
,
W. J.
Chen
,
Q.
Wu
,
X.
Pan
,
K.
Chen
et al,
ACS Omega
7
,
17
(
2022
).
75.
G.
Yang
,
S. A.
Akhade
,
X.
Chen
,
Y.
Liu
,
M.
Lee
,
V.
Glezakou
et al,
Angew. Chem.
131
,
3565
(
2019
).
76.
P.
Ferrin
,
S.
Kandoi
,
A. U.
Nilekar
, and
M.
Mavrikakis
,
Surf. Sci.
606
,
679
(
2012
).
77.
P.
Połczyński
and
R.
Jurczakowski
,
J. Power Sources
305
,
233
(
2016
).
79.
K.
Thürmer
,
N. C.
Bartelt
,
J. A.
Whaley
,
A. H.
McDaniel
, and
F.
El Gabaly
,
J. Chem. Phys.
156
,
044707
(
2022
).
80.
T.
Gomez
,
E.
Florez
,
J. A.
Rodriguez
, and
F.
Illas
,
J. Phys. Chem. C
115
,
11666
(
2011
).
81.
J. K.
Nørskov
,
T.
Bligaard
,
A.
Logadottir
,
J. R.
Kitchin
,
J. G.
Chen
,
S.
Pandelov
et al,
J. Electrochem. Soc.
152
,
J23
(
2005
).
82.
W.
Dong
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys.
56
,
15396
(
1997
).
83.
H.
Okuyama
,
W.
Siga
,
N.
Takagi
,
M.
Nishijima
, and
T.
Aruga
,
Surf. Sci.
401
,
344
(
1998
).
84.
H.
Han
,
S.
Baik
,
B.
Xu
,
J.
Seo
,
S.
Lee
,
S.
Shin
et al,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1701618
(
2017
).
85.
F. A. A.
Nugroho
,
I.
Darmadi
,
L.
Cusinato
,
A.
Susarrey-Arce
,
H.
Schreuders
,
L. J.
Bannenberg
et al,
Nat. Mater.
18
,
489
(
2019
).
86.
L. J. T.
Metzroth
,
E. M.
Miller
,
A. G.
Norman
,
S.
Yazdi
, and
G. M.
Carroll
,
Nano Lett.
21
,
9131
(
2021
).
87.
K.
Namba
,
S.
Ogura
,
S.
Ohno
,
W.
Di
,
K.
Kato
,
M.
Wilde
et al,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
115
,
7896
(
2018
).
88.
W.-Y.
Yu
,
G. M.
Mullen
, and
C. B.
Mullins
,
J. Phys. Chem. C
117
,
19535
(
2013
).
89.
B.
Pawelec
,
V.
La Parola
,
S.
Thomas
, and
J. L. G.
Fierro
,
J. Mol. Catal. A: Chem.
253
,
30
(
2006
).
90.
M.
Di Vece
,
S.
Bals
,
J.
Verbeeck
,
P.
Lievens
, and
G.
Van Tendeloo
,
Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
80
,
125420
(
2009
).
91.
L.
Piccolo
,
A.
Piednoir
, and
J.-C.
Bertolini
,
Surf. Sci.
592
,
169
(
2005
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.