Ny metode for å finne hydrogenisotoper i titanhydrid nanofilmer kan fremme hydrogenlagring

I en studie publisert i Nature Communications har forskere fra Institute of Industrial Science ved [录田 1] University of Tokyo rapportert en metode for å bestemme plasseringen av hydrogen i nanofilmer.

Fordi de er veldig små, kan hydrogenatomer lett migrere inn i rammen av andre materialer. Titan absorberer hydrogen for å gi titanhydrider, noe som gjør det nyttig for applikasjoner som hydrogenlagring.

Å forstå hvor mange hydrogenatomer som er til stede og hvor nøyaktig de er kan gi nøkkelen til å stille inn egenskapene til materialet. Å oppdage hydrogen med ofte brukte teknikker som elektronprober og røntgenstråler-er imidlertid utfordrende på grunn av deres manglende følsomhet for de små atomene.

Forskerne kombinerte to teknikker-nukleær reaksjonsanalyse (NRA) og ionekanalisering-for å generere en todimensjonal vinkelkartlegging av titanhydrid nanofilmer.

"Vi så nærmere på en TIH1.47 nanofilm," forklarer hovedforfatteren av studien Takahiro Ozawa. "Å forstå nanofilmer er nyttig da mange hydrogenrelaterte anvendelser involverer overflate- og underjordiske reaksjoner. Vi var i stand til å lokalisere både hydrogen- og deuteriumatomer i nanofilmen."

Alle deuterium-atomer-en isotop av hydrogen med det dobbelte av dets masse-var på steder i titankrystallen kjent som tetrahedrale posisjoner. Imidlertid var 11% av hydrogenatomene som var til stede på steder beskrevet som oktaedralt. Beregninger viste at det å ha denne sorten på stedene senket symmetrien, noe som gjorde gitteret mer stabilt.

Fordi deuteriumatomene ikke okkuperte oktaedriske steder på grunn av kjernefysiske kvanteeffekter, kan det å kontrollere forholdet mellom hydrogenisotoper brukes som et middel til å stille inn stabiliteten og egenskapene til nanofilmer basert på den tiltenkte anvendelsen.

"Å kunne skille mellom de to isotopene i hydridet avslørte en mulighet for kontroll," sier Katsuyuki Fukutani, seniorforfatter. "Dette vil helt klart ha viktige praktiske anvendelser for å produsere bestemte hydrogeninduserte fenomener."

Den forbedrede forståelsen av titanhydrid nanofilmer forventes også å bidra til hydrogenlagring, fast elektrolytt og heterogene katalyseapplikasjoner når vi beveger oss mot praktiske og trygge grønne løsninger for fremtiden.