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六方氮化硼能捕获氢气
2019年07月03日  作者:耿挺   编辑:chunchun   审核:刘纯  版面:B2

  中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室6月27日在《自然·通讯》杂志上在线发表论文,首次报道通过氢等离子体处理后的多层六方氮化硼夹层中会捕获氢气并形成气泡,气泡大小可控且具有较高的热学和化学稳定性,具有进一步应用于微纳机电器件和储氢的潜力。

  六方氮化硼是一种具有极高热学和化学稳定性的宽带隙二维原子晶体。与石墨烯类似,单层六方氮化硼具有六角蜂窝网状晶格结构和原子级平整的表面。多层六方氮化硼的层与层之间依靠范德华力结合。

  上海微系统所研究人员发现,如果将六方氮化硼晶体置于氢气等离子体中处理,其表面会形成微米级大小可控的气泡。进一步测量发现该晶体的堆叠方式具有多孔对齐的特点。氢气进入等离子体状态后会产生大量的氢原子,这些氢原子可以克服电子云的阻挡,无损地穿透多层六方氮化硼,并在其层间间隔处复合成为氢气分子。由于二维六方氮化硼能阻挡气体分子通过,氢气最终被限制在层间间隔处并最终形成气泡。研究人员还发现采用这种等离子体工艺能够成功将氢分子从氩氢混合气中分离到六方氮化硼夹层中形成气泡,甚至可以从甲烷或者乙炔等碳氢化合物气体中提取分离出氢气。

  研究人员还采用了一台低温原子力显微镜对六方氮化硼表面气泡进行了测量,发现原先饱满的气泡在温度从34 K降至33 K的瞬间会突然消失,这一塌缩/膨胀过程可随降温/升温过程反复出现。该转变温度与氢气的液化温度点(33.18 K)一致,也间接证明了六方氮化硼气泡中确为氢气。

  该研究工作成功利用了六方氮化硼的特殊微观结构,实现对氢元素的分离、提取及存储,同时可控的微米级气泡制备工艺也为基于二维原子晶体的微纳机电器件及力学研究提供了全新的方案。

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