Phương pháp mới để xác định chính xác các đồng vị hydro trong các sợi nano hydride titan có thể thúc đẩy lưu trữ hydro

Trong một nghiên cứu được công bố trên Nature Communications, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Công nghiệp tại Đại học Tokyo [1] đã báo cáo một phương pháp xác định vị trí của hydro trong các sợi nano.

Bởi vì chúng rất nhỏ, các nguyên tử hydro có thể dễ dàng di chuyển vào khung của các vật liệu khác. Titan hấp thụ hydro để tạo ra hydrua titan, làm cho nó hữu ích cho các ứng dụng như lưu trữ hydro.

Hiểu có bao nhiêu nguyên tử hydro có mặt và chính xác chúng có thể cung cấp chìa khóa để điều chỉnh các tính chất của vật liệu. Tuy nhiên, phát hiện hydro với các kỹ thuật thường được sử dụng-như các đầu dò electron và tia X-là thách thức vì sự thiếu nhạy cảm của chúng đối với các nguyên tử nhỏ.

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp hai kỹ thuật phân tích phản ứng hạt nhân (NRA) và kênh ion-tạo ra một ánh xạ góc hai chiều của các sợi nano hydride titan.

"Chúng tôi đã xem xét kỹ về một nanofilm TIH1.47", tác giả chính của nghiên cứu Takahiro Ozawa giải thích. "Hiểu các sợi nano rất hữu ích vì nhiều ứng dụng liên quan đến hydro liên quan đến các phản ứng bề mặt và dưới bề mặt. Chúng tôi có thể xác định chính xác cả hai nguyên tử hydro và deuterium trong nanofilm."

Tất cả các nguyên tử deuterium-an onotope của hydro với gấp đôi khối lượng của nó tại các vị trí trong tinh thể titan được gọi là vị trí tứ diện. Tuy nhiên, 11% các nguyên tử hydro có mặt tại các vị trí được mô tả là bát diện. Các tính toán cho thấy rằng có sự đa dạng này trong các trang web làm giảm tính đối xứng, khiến cho mạng ổn định hơn.

Do các nguyên tử deuterium không chiếm các vị trí bát diện do các hiệu ứng lượng tử hạt nhân, việc kiểm soát tỷ lệ đồng vị hydro có thể được sử dụng như một phương tiện để điều chỉnh độ ổn định và tính chất của các sợi nano dựa trên ứng dụng dự định.

"Có thể phân biệt giữa hai đồng vị trong hydride đã tiết lộ cơ hội kiểm soát", Katsuyuki Fukutani, tác giả cao cấp nói. "Điều này rõ ràng sẽ có các ứng dụng thực tế quan trọng để tạo ra các hiện tượng do hydro gây ra đặc biệt."

Sự hiểu biết nâng cao về các sợi nano hydride titan cũng được dự kiến ​​sẽ góp phần lưu trữ hydro, chất điện phân rắn và các ứng dụng xúc tác không đồng nhất khi chúng ta tiến tới các giải pháp xanh thực tế và an toàn cho tương lai.