Атомный беспорядок в поверхностных материалах — ключ к лучшему хранению водорода

Условия для поглощения водорода

Ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) обнаружили, что атомный беспорядок в некоторых системах хранения водорода на основе бора может потенциально улучшить скорость поглощения водорода.

• Обычно считается, что поверхности из боридов металлов и их однослойные варианты, известные как борофены, имеют регулярное расположение атомов при низких и умеренных температурах.
• Команда LLNL доказала, что во многих случаях эти атомы на самом деле динамически разупорядочиваются: удивительное явление в отличие от традиционного понимания того, как ведет себя большинство твердотельных поверхностей.
• Поверхностный беспорядок означает, что каждый атомный узел имеет разные локальные свойства.

Согласно исследованию группы, некоторые из этих участков могут облегчить диссоциацию молекул водорода, что, в свою очередь, ускорит активацию материала во время хранения водорода.

Неупорядоченная структура поверхности бора диборида магния исследована методом атомистического моделирования. Кредит: LLNL

Результаты имеют значение и для других приложений. Помимо хранения водорода, бориды металлов и борофены могут использоваться для сверхпроводимости, электрокатализа, оптоэлектроники и в качестве покрытий для термической и коррозионной стойкости. В некоторых из этих приложений конкретное расположение атомов на поверхности бора играет огромную роль в определении общих характеристик.

При выполнении in silico дизайна материалов, функции которых — хранение водорода, сверхпроводящие характеристики, электрокаталитическая реакционная способность — тесно связаны с конфигурацией их поверхности, сравнение яблок и апельсинов происходит, если предположение о статических упорядоченных поверхностях фактически не выполняется.

Структура поверхностей

«Мы обнаружили здесь исключительный пример, показывающий, что поверхности кристаллического материала могут быть аморфными и динамическими. Мы должны тщательно пересмотреть некоторые из наших основных предположений в сообществе исследователей поверхности», — сказал специалист по материалам LLNL Сичи Ли, ведущий автор статьи, опубликованной в Nature Communications.

«Если поверхности кристаллические и упорядоченные, все участки в основном одинаковы. Неупорядоченные поверхности создают целый ряд поверхностных реактивностей. Если мы сможем использовать эту возможность, это может быть новый подход к индивидуальной настройке функциональности поверхности для более быстрого хранения и преобразования энергии», — сказал специалист по материалам LLNL и соавтор Брэндон Вуд, который возглавляет команду LLNL по хранению водорода на основе материалов.

Источник

Метки: водород