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【研究进展】钯与金表面合金化储氢能力更强

12月16日 12:00 分享到:

储氢的第一步是化学吸附,其中气态氢气与钯碰撞并吸附在钯表面,第二步是化学吸附的氢原子扩散到几个纳米深的原子表面,这一步是整个过程的关键,但速度非常缓慢。在纯钯中,与钯碰撞的氢气分子中大约只有1/1000能够被吸收到内部。然而,当钯与金表面合金化时,其吸收速度快40倍以上。


日本东京大学生产技术研究所Kazuhiro Namba领导的研究团队,通过热解吸光谱法和核反应分析法深入研究了钯金表面合金的氢吸收,发现当金原子数略少于单个钯单层的一半(0.4)时,金含量是最合适的,此时氢吸收能达到最大化。根据密度泛函理论(DFT)计算,金原子使化学吸附氢变得不稳定,从而增加其能量并降低能垒。通过使表面成为氢原子不稳定的环境,这可以促使它们更快地渗透到更深的位置,而不是在表面徘徊。光电子能谱表明,金原子将钯电子的能量向下推,削弱了它们化学吸附氢的能力。然而,弱化学吸附的氢原子也更容易从表面解吸,即返回气相。这个过程解释了为什么仅用0.4个厚的单层金来实现氢储存最大化,如果再添加金,则氢的解吸超过其扩散,吸氢能力减弱。


该研究在电子层面上揭示了钯金合金化是如何控制氢吸收的,这将有助于设计更好的储氢材料,并且会改善和控制氢气吸收材料表面的氢气传输。


 


(中科院武汉情报文献中心供稿)