東京大學工業科學研究所 Shohei Ogura PNAS：鈀與金表面合金化加速吸氫

【引言】

氫吸收動力學是氫作為無碳能載體的必要條件，增強其可以改善氫凈化膜和氫儲存材料的性能。目前已知Pd-Au合金顯示出比純Pd更高的氫溶解度，但是Au對從表面到次表面區域的氫滲透的影響尚未闡明。為了解決這個問題，作者研究了在Pd（110）上制備的Pd-Au表面合金的氫吸收，研究發現亞單層量的Au合金化，使氫吸收動力學提高了40倍以上。

【成果簡介】

近日，日本東京大學工業科學研究所的Shohei Ogura（通訊作者）等人，通過熱解吸光譜（TDS）和核反應分析（NRA）深度分析研究了Pd（110）上Pd-Au表面合金的氫吸收。Pd（110）表面與亞單層量Au的合金化可以顯著加速氫的吸收，并通過密度泛函數理論（DFT）計算解釋了動力學增強的原因：化學吸附表面氫的不穩定性導致滲透屏障減少。研究發現Pd（110）表面與亞單層量的Au合金化可以顯著加速氫的吸收，這種動力學增強的原因是由于化學吸附表面氫的不穩定引起的，化學吸附表面氫的不穩定性歸因于角分辨光電子能譜（ARPES）觀察到的表面電子態的變化。相關成果以“Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold”為題發表在PNAS上。

【圖文導讀】

圖 1 不同Au覆蓋率下H₂的TDS光譜圖

（a）在120 K下，100-Langmuir H₂暴露后，從3和1.8 ML Au/Pd（110）表面和Pd（110）獲得的H₂ TDS光譜圖；（b）Au/Pd表面不同Au覆蓋率下，Pd（110）表面獲得的H₂ TDS光譜圖。

圖 2 在120 K下暴露于1000-Langmuir H₂后，從Pd（110）和0.3-ML Au/Pd（110）中獲取NRA曲線圖

圖 3 Au覆蓋率-標準峰面積圖

圖 4 理論計算模型圖

（a）PDF計算的5-ML Au/Pd（110）模型圖；

（b）跨越（實線）5-ML Au/Pd（110）和（虛線）Pd（110）表面的單個H原子的勢能圖。

圖 5 不同條件下ARPES強度變化曲線圖

（a）Pd（110）的ARPES強度變化曲線圖；

（b）0.48-ML Au/Pd（110）退火后的ARPES強度變化曲線圖；

（c）2.4-ML Au/Pd（110）生長后的ARPES強度變化曲線圖；

（d）600K下，Pd₇₀Au₃₀（110）退火后的ARPES強度變化曲線圖。

【小結】

本文通過熱解吸光譜（TDS）和核反應分析（NRA）深度分析研究了Pd（110）上Pd-Au表面合金的氫吸收，Pd（110）表面與亞單層量Au的合金化可以顯著加速氫的吸收；作者認為這種動力學增強的原因是由于化學吸附表面氫的不穩定引起的，化學吸附表面氫的不穩定性歸因于角分辨光電子能譜（ARPES）觀察到的表面電子態的變化。這些研究結果會改善和控制氫氣吸收材料表面的氫氣傳輸。

文獻鏈接：Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold（PNAS，2018，DOI：10.1073/pnas.1800412115）

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