Znanstvene vijesti — 28.07.2018.

Pojačanje apsorcije vodika u paladij površinskom slitinom sa zlatom

Naši kolege Petar Pervan, emeritus Instituta Milorad Milun i alumni Ivo Pletikosić su u suradnji s grupom istraživača sa Sveučilišta u Tokiju objavili članak u prestižnom časopis Proceedings of the National Academy of Sciences o efektu pojačanja apsorpcije vodika u kristalnu strukturu paladija formiranjem površinske slitine sa zlatom.

 

Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold

Kazuhiro Namba, Shohei Ogura, Satoshi Ohno, Wen Di, Koichi Kato, Markus Wilde, Ivo Pletikosić, Petar Pervan, Milorad Milun, and Katsuyuki FukutaniPNAS July 13, 2018. 201800412

DOI: 10.1073/pnas.1800412115

Važni ciljevi u razvoju „carbon-free“ tehnologija su među mnogim drugima poboljšanje svojstava membrana za pročišćavanje vodika te unapređenje materijala za njegovo efikasno skladištenje. Poznato je da Pd-Au slitine pokazuju veću topivost vodika nego čisti paladij. Međutim, učinak zlata na prodiranje vodika s površine u kristalnu strukturu paladija do sada nije razjašnjen. U ovom radu su prikazani rezultati istraživanja apsorpcije vodika na površinskim legurama Pd-Au na Pd (110) pomoću termalne desorpcijske spektroskopije (TDS) i profiliranja analizom nuklearnih reakcija (NRA), kutno-razlučive foto-elektronske spektroskopije (ARPES) te teorije funkcionala gustoće stanja (DFT).

PdAuschematic

(A) Shematski model 0,5-ML Au / Pd (110) koji se koristi za DFT izračune. (B) Dijagram potencijalne energije za jedan H atom na 0,5-ML Au/Pd (110) (puna linija), na Pd (110) površini (isprekidana linija)

U radu je pokazano da legiranje površine Pd (110) sa sub-monoslojem Au dramatično ubrzava apsorpciju vodika. Stupanj ubrzanja pokazuje vulkanski oblik u odnosu na pokrivenosti zlatom. Ovo ubrzanje kinetike objašnjava se smanjenom barijerom prodiranja koja je uzrokovana destabilizacijom kemisorbiranog površinskog vodika, što je potvrđeno uz pomoć DFT izračuna. Destabilizacija kemisorbiranog površinskog vodika pripisuje se promjeni površinskih elektronskih stanja što je i opaženo ARPES tehnikom. Naime, poznato je je da je položaj d-vrpci s obzirom na Fermijev nivo dobar indikator energije adsorpcije molekula na površini. Pomak d-vrpci prema višim vezivnim energijama teorija korelira sa smanjenjem adsorpcijske energije vodika što je jasno potvrđeno pomoću termalne desorpcijske spektroskopije.

Vjeruje se da bi ovaj nalaz mogao dovesti do poboljšanja upravljanjem transportom vodika kroz površine materijala zasnovanih na Pd slitinama te povećanja selektivnosti površina s ciljem poboljšanja katalitičkih svojstava materijala gdje adsorbirani vodik igra važnu ulogu.

ARPES spektri kao funkcija valnog vektora i vezivne energije elektrona uzduž Γ–Y smjera visoke simetrije za (A) čisti Pd(110), (B) anilirani 0.48-ML Au/Pd(110), (C) netretirani 2.4-ML Au/Pd(110), i (D) Pd70Au30(110) aniliran na  600 K.

ARPES spektri kao funkcija valnog vektora i vezivne energije elektrona uzduž Γ–Y smjera visoke simetrije za (A) čisti Pd(110), (B) anilirani 0.48-ML Au/Pd(110), (C) netretirani 2.4-ML Au/Pd(110), i (D) Pd70Au30(110) aniliran na 600 K.

IF Ⓒ 2017 Ndoc Deda