东京大学工业科学研究所 Shohei Ogura PNAS：钯与金表面合金化加速吸氢

【引言】

氢吸收动力学是氢作为无碳能载体的必要条件，增强其可以改善氢净化膜和氢储存材料的性能。目前已知Pd-Au合金显示出比纯Pd更高的氢溶解度，但是Au对从表面到次表面区域的氢渗透的影响尚未阐明。为了解决这个问题，作者研究了在Pd（110）上制备的Pd-Au表面合金的氢吸收，研究发现亚单层量的Au合金化，使氢吸收动力学提高了40倍以上。

【成果简介】

近日，日本东京大学工业科学研究所的Shohei Ogura（通讯作者）等人，通过热解吸光谱（TDS）和核反应分析（NRA）深度分析研究了Pd（110）上Pd-Au表面合金的氢吸收。Pd（110）表面与亚单层量Au的合金化可以显著加速氢的吸收，并通过密度泛函数理论（DFT）计算解释了动力学增强的原因：化学吸附表面氢的不稳定性导致渗透屏障减少。研究发现Pd（110）表面与亚单层量的Au合金化可以显着加速氢的吸收，这种动力学增强的原因是由于化学吸附表面氢的不稳定引起的，化学吸附表面氢的不稳定性归因于角分辨光电子能谱（ARPES）观察到的表面电子态的变化。相关成果以“Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold”为题发表在PNAS上。

【图文导读】

图1不同Au覆盖率下H₂的TDS光谱图

（a）在120 K下，100-Langmuir H₂暴露后，从3和1.8 ML Au/Pd（110）表面和Pd（110）获得的H₂TDS光谱图；（b）Au/Pd表面不同Au覆盖率下，Pd（110）表面获得的H₂TDS光谱图。

图2在120 K下暴露于1000-Langmuir H₂后，从Pd（110）和0.3-ML Au/Pd（110）中获取NRA曲线图

图3 Au覆盖率-标准峰面积图

图4理论计算模型图

（a）PDF计算的5-ML Au/Pd（110）模型图；

（b）跨越（实线）5-ML Au/Pd（110）和（虚线）Pd（110）表面的单个H原子的势能图。

图5不同条件下ARPES强度变化曲线图

（a）Pd（110）的ARPES强度变化曲线图；

（b）0.48-ML Au/Pd（110）退火后的ARPES强度变化曲线图；

（c）2.4-ML Au/Pd（110）生长后的ARPES强度变化曲线图；

（d）600K下，Pd₇₀Au₃₀（110）退火后的ARPES强度变化曲线图。

【小结】

本文通过热解吸光谱（TDS）和核反应分析（NRA）深度分析研究了Pd（110）上Pd-Au表面合金的氢吸收，Pd（110）表面与亚单层量Au的合金化可以显著加速氢的吸收；作者认为这种动力学增强的原因是由于化学吸附表面氢的不稳定引起的，化学吸附表面氢的不稳定性归因于角分辨光电子能谱（ARPES）观察到的表面电子态的变化。这些研究结果会改善和控制氢气吸收材料表面的氢气传输。

文献链接：Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold（PNAS，2018，DOI：10.1073/pnas.1800412115）

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