传统电子式氢气传感器依赖复杂仪器，且难以实现广域分布式监测。氢致变色传感器通过肉眼可见的颜色变化检测氢气，具备本质安全、直观、低成本等优势，特别适用于开放空间（如储氢区、氢燃料车辆）的泄漏监测。其典型体系依赖钯催化剂和含钨(VI)氧化物，通过氢溢出效应引发颜色变化。然而，现有传感器多将活性材料直接暴露于环境，导致耐久性差，尤其在潮湿条件下性能易衰减。因此，开发具有保护性微结构、适应复杂环境的氢致变色传感器，成为该领域重要研究方向。
近期，中国计量大学包福兵教授、陈然副教授等人开发了一种基于核壳结构微凝胶的氢致变色涂层，利用电喷雾技术实现Pd-H₂WO₄的原位合成与封装。该涂层在室温下对氢气响应迅速、变色明显，且具有优异的环境耐受性与泄漏记录能力，可用于无人机、智能手机辅助的广域氢泄漏监测。相关研究以“Hydrogen Gasochromic Paintings Based on In Situ Synthesized Pd–H2WO4 Entrapped in Microgel Network”为题目，发表在期刊《ACS Sensors》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种基于核壳结构微凝胶的氢致变色涂层，用于通过肉眼可见的颜色变化检测氢气。
2、首先通过同轴电喷雾技术制备核壳微滴模板，结合水触发原位反应合成Pd(0)催化剂与包裹H₂WO₄的微凝胶（1%H₂下ΔE=24.60），再将微凝胶分散于光交联水凝胶前驱体中制成涂层。
3、该涂层将Pd催化剂与H₂WO₄变色材料分别封装在微凝胶的壳层与核内，形成保护性微结构。
4、在1% H₂浓度下，优化后的涂层可实现显著颜色变化（ΔE=15.05），并在12分钟内快速响应（ΔE≥3）。
5、该传感器具有不可逆响应特性，能够记录泄漏历史，且在潮湿或低温环境下仍保持性能稳定。
6、其高对比度颜色变化与历史记录能力，支持低成本、大面积的氢气泄漏监测，例如借助无人机进行广域检测，适用于氢能设施的安全监控。
核壳结构气致变色微凝胶的制备原理及步骤
该氢致变色涂层的“不可逆响应”特性是如何实现的？这一特性在实际氢气泄漏监测中有什么独特价值？
不可逆响应的实现机制：涂层的不可逆性源于核壳微凝胶的结构设计——Pd(0)位于致密的PEGDA壳层，H₂分子体积小，可穿透壳层扩散至核层与H₂WO₄反应（W(VI)→W(V)，颜色变化）；而空气中的O₂分子体积远大于H₂，难以穿透致密的PEGDA壳层到达核层氧化W(V)，导致W(V)无法恢复为W(VI)，颜色不逆转。
实际应用价值：该特性使涂层具备记录氢气泄漏历史的功能——即使泄漏停止后，涂层仍保持变色状态，可帮助工作人员追溯泄漏发生的时间与位置，尤其适用于间歇性泄漏或无人值守的氢能设施（如远程管道、储氢罐），避免因泄漏停止后传感器“恢复原状”而遗漏泄漏事件。
Scheme 1：基于原位合成微凝胶网络包裹Pd-H₂WO₄的氢致变色涂层原理及优势示意图
图1. 氢致变色微凝胶的制备过程
图2. 氢致变色微凝胶的气致变色性能
图3. 氢致变色涂层的制备、优化及性能
图4. 氢致变色涂层的环境适应性与耐久性
图5. 氢致变色涂层在自动检测中的应用
论文链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.5c01376
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