Nová metóda na určenie izotopov vodíka v titánových hydridových nanofilmoch by mohla pokročiť

V štúdii uverejnenej v prírodnej komunikácii vedci z Inštitútu priemyselnej vedy na Tokijskej univerzite [录田 1] uviedli metódu určovania umiestnenia vodíka v nanofilmoch.

Pretože sú veľmi malé, atómy vodíka môžu ľahko migrovať do rámca iných materiálov. Titanium absorbuje vodík, čím poskytuje hydridy titánu, čo je užitočné pre aplikácie, ako je skladovanie vodíka.

Pochopenie toho, koľko atómov vodíka je prítomných a kde presne sú, môže poskytnúť kľúč k ladeniu vlastností materiálu. Detekcia vodíka s bežne používanými technikami-napríklad elektrónové sondy a röntgenové lúče-je však náročné z dôvodu nedostatku citlivosti pre malé atómy.

Vedci kombinovali dve techniky analýzy-nukleárne reakčné analýzy (NRA) a iónové smerovanie na vytvorenie dvojrozmerného uhlového mapovania nanofilmov hydridu titánu.

„Bývali sme sa podrobne pozreli na nanofilm TIH1.47,“ vysvetľuje hlavný autor štúdie Takahiro Ozawa. „Pochopenie nanofilmov je užitočné, pretože mnoho aplikácií súvisiacich s vodíkmi zahŕňa povrchové a podpovrchové reakcie. Dokázali sme presne lokalizovať atómy vodíka aj deutéria v nanofilme.“

Všetky atómy deutéria-izotop vodíka s dvojnásobnou hmotnou-na miestach v titánovom kryštáli známeho ako tetraedrálne polohy. Avšak 11% prítomných atómov vodíka bolo na miestach opísaných ako oktaedrál. Výpočty ukázali, že mať túto rozmanitosť v miestach znížila symetriu, vďaka ktorej bola mriežka stabilnejšia.

Pretože atómy deutéria nezaberali oktaedrálne miesta kvôli jadrovým kvantovým účinkom, kontrola pomeru izotopov vodíka by sa mohla použiť ako prostriedok na ladenie stability a vlastností nanofilmov na základe zamýšľanej aplikácie.

„Byť schopný rozlíšiť medzi dvoma izotopmi hydridu odhalil príležitosť na kontrolu,“ hovorí Katsuyuki Fukutani, hlavný autor. „To bude jasne mať dôležité praktické aplikácie na výrobu konkrétnych javov vyvolaných vodíkom.“

Očakáva sa, že zvýšené porozumenie nanofilmov hydridu titánu prispieva k skladovaniu vodíka, tuhým elektrolytom a heterogénnym katalýzovým aplikáciám, keď sa pohybujeme smerom k praktickým a bezpečným zeleným roztokom do budúcnosti.