Nuovo metodo per individuare gli isotopi di idrogeno nei nanofilm di idruro in titanio potrebbe far avanzare l'idrogeno

In uno studio pubblicato su Nature Communications, i ricercatori dell'Institute of Industrial Science presso l'Università [录田 1] di Tokyo hanno riportato un metodo per determinare la posizione dell'idrogeno nei nanofilm.

Poiché sono molto piccoli, gli atomi di idrogeno possono facilmente migrare nel quadro di altri materiali. Il titanio assorbe l'idrogeno per dare idruri di titanio, rendendolo utile per applicazioni come lo stoccaggio dell'idrogeno.

Comprendere quanti atomi di idrogeno sono presenti e dove si trovano esattamente può fornire la chiave per sintonizzare le proprietà del materiale. Tuttavia, rilevare l'idrogeno con tecniche comunemente usate, come sonde elettroniche e raggi X, è impegnativo a causa della loro mancanza di sensibilità per i piccoli atomi.

I ricercatori hanno combinato due tecniche di analisi di reazione-nucleare (NRA) e la canalizzazione ionica per generare una mappatura angolare bidimensionale dei nanofilm di idruro di titanio.

"Abbiamo dato un'occhiata da vicino a un nanofilm TIH1.47", spiega l'autore principale dello studio Takahiro Ozawa. "La comprensione dei nanofilm è utile poiché molte applicazioni correlate all'idrogeno comportano reazioni di superficie e sottosuolo. Siamo stati in grado di individuare con precisione sia gli atomi di idrogeno che deuterio nel nanofilm."

Tutti gli atomi di deuterio, un isotopo di idrogeno con il doppio della sua massa, erano in posizioni nel cristallo di titanio noto come posizioni tetraedriche. Tuttavia, l'11% degli atomi di idrogeno presenti si trovava nei siti descritti come ottaedrici. I calcoli hanno mostrato che avere questa varietà nei siti ha abbassato la simmetria, il che ha reso il reticolo più stabile.

Poiché gli atomi di deuterio non occupavano siti ottaedrici a causa degli effetti quantici nucleari, il controllo del rapporto degli isotopi idrogeno potrebbe essere usato come mezzo per accordare la stabilità e le proprietà dei nanofilm in base all'applicazione prevista.

"Essere in grado di distinguere tra i due isotopi nell'idruro ha rivelato un'opportunità di controllo", afferma Katsuyuki Fukutani, autore senior. "Ciò avrà chiaramente importanti applicazioni pratiche per produrre particolari fenomeni indotti da idrogeno".

Si prevede inoltre che la maggiore comprensione dei nanofilm di idruro in titanio contribuirà alla conservazione dell'idrogeno, all'elettrolita solido e alle applicazioni eterogenee di catalisi mentre ci muoviamo verso soluzioni verdi pratiche e sicure per il futuro.