Nowa metoda wskazywania izotopów wodoru w nanofilmach wodorowych tytanu może przyspieszyć magazynowanie wodoru

W badaniu opublikowanym w Nature Communications naukowcy z Instytutu Nauki Przemysłowej na Uniwersytecie Tokio [录田 1] zgłosili metodę określania lokalizacji wodoru w nanofilmach.

Ponieważ są bardzo małe, atomy wodoru mogą łatwo migrować do ramy innych materiałów. Titan wchłania wodór, aby zapewnić wodorki tytanu, co czyni go przydatnym do zastosowań, takich jak magazynowanie wodoru.

Zrozumienie, ile atomów wodoru jest obecnych i gdzie dokładnie są one, może stanowić klucz do strojenia właściwości materiału. Jednak wykrywanie wodoru za pomocą powszechnie stosowanych technik takich jak sondy elektronowe i promieniowanie rentgenowskie-jest trudne z powodu braku wrażliwości małych atomów.

Naukowcy połączyli dwie techniki analiza reakcji nuklearnej (NRA) i kanał jonowy, aby wygenerować dwuwymiarowe mapowanie kątowe nanofilmów wodorku tytanu.

„Przyjrzeliśmy się do nanofilmu TIH1,47” - wyjaśnia główny autor badania Takahiro Ozawa. „Zrozumienie nanofilów jest przydatne, ponieważ wiele zastosowań związanych z wodorem obejmuje reakcje powierzchniowe i podpowierzchniowe. Byliśmy w stanie precyzyjnie zlokalizować zarówno atomy wodoru, jak i deuter w nanofilmie”.

Wszystkie izotop atomów deuteru-antom wodoru z podwójną masą w lokalizacjach w krysztale tytanu znane jako pozycje czworościenne. Jednak 11% obecnych atomów wodoru było w miejscach opisanych jako oktaedry. Obliczenia wykazały, że posiadanie tej różnorodności w miejscach obniżyło symetrię, co sprawiło, że krat jest bardziej stabilny.

Ponieważ atomy deuteru nie zajmowały miejsc oktaedrycznych z powodu jądrowego efektów kwantowych, kontrolowanie stosunku izotopów wodoru może być stosowane jako sposób na strojenie stabilności i właściwości nanofilmów w oparciu o zamierzone zastosowanie.

„Możliwość rozróżnienia między dwoma izotopami w wodorku ujawniła okazję do kontroli” - mówi Katsuyuki Fukutani, starszy autor. „Będzie to wyraźnie ważne praktyczne zastosowania do wytwarzania określonych zjawisk wywołanych wodorem”.

Oczekuje się również, że lepsze zrozumienie nanofilmów wodorku tytanu przyczyni się do magazynowania wodoru, stałego elektrolitu i heterogenicznego katalizy, gdy zmierzamy w kierunku praktycznych i bezpiecznych zielonych roztworów na przyszłość.