Νέα μέθοδος για τον εντοπισμό των ισοτόπων υδρογόνου σε νανοφίλες υδριδίου τιτανίου θα μπορούσε να προωθήσει την αποθήκευση υδρογόνου

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, ερευνητές από το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο [录田 1] έχουν αναφέρει μια μέθοδο για τον προσδιορισμό της θέσης του υδρογόνου σε νανοφίλια.

Επειδή είναι πολύ μικρά, τα άτομα υδρογόνου μπορούν εύκολα να μεταναστεύσουν στο πλαίσιο άλλων υλικών. Το τιτάνιο απορροφά το υδρογόνο για να δώσει υδρίδια τιτανίου, καθιστώντας το χρήσιμο για εφαρμογές όπως η αποθήκευση υδρογόνου.

Η κατανόηση του πόσα άτομα υδρογόνου είναι παρόντα και όπου ακριβώς είναι μπορούν να παρέχουν το κλειδί για τον συντονισμό των ιδιοτήτων του υλικού. Ωστόσο, η ανίχνευση του υδρογόνου με κοινώς χρησιμοποιούμενες τεχνικές-όπως οι ανιχνευτές ηλεκτρονίων και οι ακτίνες Χ-είναι προκλητικές λόγω της έλλειψης ευαισθησίας για τα μικρά άτομα.

Οι ερευνητές συνδυάζουν δύο τεχνικές-πυρηνικές αντιδράσεις (NRA) και το κανάλι ιόντων-για να δημιουργήσουν μια δισδιάστατη γωνιακή χαρτογράφηση των νανοσίλων υδριδίου τιτανίου.

"Εξετάσαμε προσεκτικά ένα νανοφίλμ TiH1.47", εξηγεί ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Takahiro Ozawa. "Η κατανόηση των νανοφίλων είναι χρήσιμη, καθώς πολλές εφαρμογές που σχετίζονται με το υδρογόνο περιλαμβάνουν αντιδράσεις επιφάνειας και υποεπιφανειακών.

Όλα τα άτομα του δευτερίου-ένα ισότοπο του υδρογόνου με διπλά μάζα του, ήταν σε θέσεις στον κρύσταλλο τιτανίου που είναι γνωστό ως τετραεδρικές θέσεις. Ωστόσο, το 11% των παρόντων ατόμων υδρογόνου ήταν σε θέσεις που περιγράφηκαν ως οκταεδρικό. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι η κατοχή αυτής της ποικιλίας στις θέσεις μείωσε τη συμμετρία, γεγονός που καθιστά το πλέγμα πιο σταθερό.

Επειδή τα άτομα του δευτερίου δεν καταλαμβάνουν οκταεδρικές θέσεις λόγω πυρηνικών κβαντικών επιδράσεων, ο έλεγχος της αναλογίας των ισότοπων υδρογόνου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μέσο συντονισμού της σταθερότητας και των ιδιοτήτων των νανοφίλων με βάση την προβλεπόμενη εφαρμογή.

"Η ικανότητα να διαφοροποιήσει μεταξύ των δύο ισοτόπων στο υδρίδιο αποκάλυψε μια ευκαιρία για έλεγχο", λέει ο Katsuyuki Fukutani, ανώτερος συγγραφέας. "Αυτό θα έχει σαφώς σημαντικές πρακτικές εφαρμογές για την παραγωγή συγκεκριμένων φαινομένων που προκαλούνται από υδρογόνο."

Η ενισχυμένη κατανόηση των νανοφίλων υδριδίου τιτανίου αναμένεται επίσης να συμβάλει στην αποθήκευση υδρογόνου, σε στερεούς ηλεκτρολύτες και ετερογενείς εφαρμογές κατάλυσης καθώς κινούμαστε προς πρακτικές και ασφαλείς πράσινες λύσεις για το μέλλον.