氫存儲技術革命：納米薄膜的新發現，能源存儲的未來

東京大學工業科學研究所的研究人員結合了多種技術，精確定位了鈦氫化物納米薄膜中的氫原子。這項突破對於超導性和其他材料屬性具有重大意義。

氫，作爲最輕最小的原子，通過滲透材料並改變其屬性，如超導性和金屬-絕緣體轉變，對材料產生重大影響。日本研究人員現在開發了一種方法，可以更容易地在納米薄膜中定位氫原子。

在《自然通訊》上發表的最新研究中，東京大學工業科學研究所的科學家們介紹了一種精確定位納米薄膜中氫原子的技術。由於尺寸微小，氫原子可以遷移到其他材料的結構中。例如，鈦吸收氫形成鈦氫化物，使其在氫存儲等應用中具有價值。精確瞭解氫原子的數量和位置對於調整材料屬性至關重要。然而，由於常見的技術（如電子探針和X射線）通常缺乏對如此小原子的靈敏度，檢測氫原子仍然困難。研究人員結合了核反應分析（NRA）和離子通道技術，生成了鈦氫化物納米薄膜的二維角映射。“我們仔細觀察了TiH1.47納米薄膜，”研究的主要作者Takahiro Ozawa解釋說。“瞭解納米薄膜是有用的，因爲許多與氫相關的應用涉及表面和亞表面反應。我們能夠精確定位納米薄膜中的氫和氘原子。”所有氘原子——氫的同位素，質量是氫的兩倍——都位於鈦晶體中被稱爲四面體位置的地方。然而，11%的氫原子位於被稱爲八面體的位置。計算顯示，這些位置的多樣性降低了對稱性，使晶格更穩定。由於氘原子由於核量子效應沒有佔據八面體位置，控制氫同位素的比例可以作爲一種手段，根據預期的應用調整納米薄膜的穩定性和屬性。

“能夠區分兩種同位素在氫化物中的位置揭示了控制的機會，”資深作者Katsuyuki Fukutani說。“這顯然將對產生特定的氫誘導現象具有重要的實際應用。” 預計對鈦氫化物納米薄膜的增強理解也將有助於氫存儲、固體電解質和異質催化應用，因爲我們正朝着實用和安全的綠色解決方案邁進。參考資料：DOI： 10.1038/s41467-024-53838-6