Ny metode til at præcisere hydrogenisotoper i titaniumhydrid -nanofilmer kunne fremme brintopbevaring

I en undersøgelse, der er offentliggjort i Nature Communications, har forskere fra Institute of Industrial Science ved [录田 1] University of Tokyo rapporteret en metode til bestemmelse af placeringen af ​​brint i nanofilmer.

Fordi de er meget små, kan brintatomer let migrere ind i rammerne af andre materialer. Titanium absorberer brint for at give titaniumhydrider, hvilket gør det nyttigt til anvendelser såsom brintlagring.

At forstå, hvor mange hydrogenatomer der er til stede, og hvor nøjagtigt de er, kan give nøglen til at indstille materialets egenskaber. Imidlertid er detektering af brint med almindeligt anvendte teknikker-som elektronprober og røntgenstråler-er udfordrende på grund af deres manglende følsomhed for de små atomer.

Forskerne kombinerede to teknikker-nukleære reaktionsanalyse (NRA) og ION-kanalisering til at generere en to-dimensionel vinkelkortlægning af titaniumhydrid-nanofilmer.

"Vi kiggede nærmere på en TIH1.47 nanofilm," forklarer hovedforfatteren af ​​undersøgelsen Takahiro Ozawa. "Forståelse af nanofilmer er nyttigt, da mange brintrelaterede anvendelser involverer overflade- og underjordiske reaktioner. Vi var i stand til præcist at lokalisere både brint- og deuteriumatomer i nanofilm."

Alle deuteriumatomer-en isotop af brint med det dobbelte af dets masse-var på steder i titaniumkrystallen kendt som tetrahedrale positioner. Imidlertid var 11% af de tilstedeværende hydrogenatomer på steder beskrevet som octahedral. Beregninger viste, at det at have denne sort på stederne sænkede symmetrien, hvilket gjorde gitteret mere stabilt.

Fordi deuteriumatomerne ikke optog octahedrale steder på grund af nukleare kvanteeffekter, kunne kontrol af forholdet mellem brintisotoper anvendes som et middel til at indstille stabiliteten og egenskaberne for nanofilmer baseret på den tilsigtede anvendelse.

"At være i stand til at skelne mellem de to isotoper i hydridet afslørede en mulighed for kontrol," siger Katsuyuki Fukutani, seniorforfatter. "Dette vil helt klart have vigtige praktiske anvendelser til produktion af bestemte hydrogeninducerede fænomener."

Den forbedrede forståelse af titaniumhydrid -nanofilmer forventes også at bidrage til brintopbevaring, fast elektrolyt og heterogene katalyseapplikationer, når vi bevæger os mod praktiske og sikre grønne opløsninger for fremtiden.