【引言】

    材料中的氫吸附對儲(chǔ)氫和氫凈化膜至關(guān)重要。吸附的氫還起著表面催化反應(yīng)至關(guān)重要的作用，例如烴的氫化和H-D交換反應(yīng)。這些應(yīng)用需要有效吸附大量氫的材料。鈀（Pd）被稱為吸氫材料。在Pd表面的氫-吸附過程中，從表面到次表面區(qū)域的氫滲步驟是公認(rèn)的限速步驟。由于表面控制滲透過程，因此可通過改變表面來控制，如其原子結(jié)構(gòu)或與其他材料合金化，來控制滲透動(dòng)力學(xué)。盡管純的金（Au）不吸附氫氣，但已知Pd-Au合金顯示出比純Pd更高的氫溶解度。然而，到目前為止，Au對從表面到次表面區(qū)域的氫滲透的影響尚未闡明。

    【成果簡介】

    近日，在日本東京大學(xué)Shohei Ogura（通訊作者）帶領(lǐng)下，與哈佛大學(xué)合作，通過熱解吸光譜（TDS）和核反應(yīng)分析（NRA）的氫深度剖析研究了Pd（110）上Pd-Au表面合金的氫吸附。證明了Pd（110）表面與亞單層量的Au合金化顯著加速了氫的吸附。通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算，這種動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)的原因主要是化學(xué)吸附表面氫的不穩(wěn)定性導(dǎo)致滲透屏障減少。另外，通過角分辨光電子能譜（ARPES）觀察到的表面電子態(tài)的變化，也表明了化學(xué)吸附表面氫的不穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)將有助于改善和控制吸氫材料表面的氫傳輸。相關(guān)成果以題為“Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold”發(fā)表在PNAS上。

    【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 不同Au覆蓋率下H2 TDS光譜圖

    （A）在120 K下，100-Langmuir H2暴露后，從0.3-1.8 ML不同的Au/Pd（110）表面和Pd（110）獲得的H2 TDS光譜圖；

    （B）在Au/Pd表面不同Au覆蓋率下，Pd（110）表面獲得的H2 TDS光譜圖。

圖2. Pd（110）和0.3-ML Au/Pd（110）的NRA曲線圖

    在120 K下暴露于1000-Langmuir H2后，從純Pd（110）和0.3-ML Au/Pd（110）中獲取的NRA曲線圖

圖3. Au覆蓋率-標(biāo)準(zhǔn)峰面積圖

圖4. 0.5-ML Au/Pd（110）的DFT研究

    （A）DFT計(jì)算的0.5-ML Au/Pd（110）的模型示意圖。

    （B）0.5-ML Au/Pd（110）（實(shí)線）和Pd（110）（虛線）表面的單個(gè)H原子的勢能圖。

圖5. 不同條件下ARPES強(qiáng)度變化曲線圖

    （A）純Pd（110）的ARPES強(qiáng)度變化曲線圖。

    （B）0.48-ML Au/Pd（110）在退火后的ARPES強(qiáng)度變化曲線圖。

    （C）2.4-ML Au/Pd（110）在生長后的ARPES強(qiáng)度變化曲線圖。

    （D）Pd70Au30（110）在600K退火的ARPES強(qiáng)度變化曲線圖。

    【小結(jié)】

    總之，團(tuán)隊(duì)研究了合金Pd/Au（110）表面的氫吸附，發(fā)現(xiàn)亞單層Au的加入顯著加速了氫的吸附。這種動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)的原因是化學(xué)吸附表面氫的不穩(wěn)定性和滲透過程的過渡狀態(tài)下與表面相比，能量水平的較小增加，這導(dǎo)致了穿透屏障從表面到次表面的減少。研究結(jié)果表明，僅添加少量Au可以增強(qiáng)氫吸附動(dòng)力學(xué)，這對于氫存儲(chǔ)和氫純化是重要的。該發(fā)現(xiàn)將有助于改善和控制Pd相關(guān)合金和吸氫材料的表面上的氫傳輸，并且還可以控制這些表面反應(yīng)的催化活性和選擇性。

    文獻(xiàn)鏈接：Acceleration of hydrogen absorption by palladium through surface alloying with gold（PNAS, 2018, DOI：10.1073/pnas.1800412115）

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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