طريقة جديدة لتوجيه نظائر الهيدروجين في الأغشية النانوية هيدريد التيتانيوم يمكن أن تقدم تخزين الهيدروجين

في دراسة نشرت في Nature Communications ، أبلغ باحثون من معهد العلوم الصناعية في جامعة طوكيو [录田 1] عن طريقة لتحديد موقع الهيدروجين في الأغشية النانوية.

لأنها صغيرة جدًا ، يمكن أن تهاجر ذرات الهيدروجين بسهولة إلى إطار مواد أخرى. يمتص التيتانيوم الهيدروجين لإعطاء هيدريدات التيتانيوم ، مما يجعله مفيدًا للتطبيقات مثل تخزين الهيدروجين.

فهم عدد ذرات الهيدروجين الموجودة وأين يمكنها بالضبط توفير مفتاح لضبط خصائص المادة. ومع ذلك ، فإن اكتشاف الهيدروجين مع التقنيات الشائعة الاستخدام-كتحقيقات الإلكترون والأشعة السينية-أمر صعب بسبب افتقارها إلى حساسية الذرات الصغيرة.

قام الباحثون بدمج تقنيتين من تحليل التفاعل النووي (NRA) وتوجيه الأيونات لتوليد رسم خرائط زاوي ثنائي الأبعاد من الأغشية النانوية هيدريد التيتانيوم.

"لقد ألقينا نظرة فاحصة على TIH1.47 Nanofilm" ، يوضح المؤلف الرئيسي لدراسة Takahiro Ozawa. "إن فهم الأغشية النانوية مفيد حيث أن العديد من التطبيقات المتعلقة بالهيدروجين تتضمن تفاعلات سطحية وسطحية. تمكنا بدقة على تحديد كل من ذرات الهيدروجين والدوتيريوم في النانوفيلم."

جميع ذرات الديوتيريوم-نظير الهيدروجين مع ضعف الكتلة في المواقع في بلورة التيتانيوم المعروفة باسم مواقع رباعي السطوح. ومع ذلك ، كانت 11 ٪ من ذرات الهيدروجين الموجودة في المواقع الموصوفة على أنها أوكتاهدرا. أظهرت الحسابات أن وجود هذا التنوع في المواقع خفض التماثل ، مما جعل الشبكة أكثر استقرارًا.

نظرًا لأن ذرات الديوتيريوم لم تحتل مواقع الثمانية بسبب التأثيرات الكمومية النووية ، يمكن استخدام التحكم في نسبة نظائر الهيدروجين كوسيلة لضبط استقرار وخصائص الأغشية النانوية بناءً على التطبيق المقصود.

يقول كاتسويوكي فوكوتاني ، مؤلف كبير المؤلفين: "إن القدرة على التمييز بين النظائرين في الهيدريد كشفت عن فرصة للسيطرة". "سيكون لهذا بوضوح تطبيقات عملية مهمة لإنتاج ظواهر معينة الناجمة عن الهيدروجين."

من المتوقع أيضًا أن يساهم الفهم المعزز للأفلام النانوية هيدريد التيتانيوم في تخزين الهيدروجين ، والكهارل الصلب ، وتطبيقات الحفز غير المتجانسة ونحن نتحرك نحو حلول خضراء عملية وآمنة للمستقبل.