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我院張道禮教授團隊在六方氮化硼儲氫研究中取得重要進展

作者: 时间:2019-06-28 点击数:

6月27日,Nature Communications期刊在线发表了光学与电子信息学院张道礼教授课题组与中国科学院上海微系统研究所王浩敏研究员课题组合作的题为“Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment”的研究成果。光学与电子信息学院2015级博士研究生贺立为论文的第一作者,张道礼和王浩敏为共同通讯作者。

該研究首次提出了將等離子體技術與六方氮化硼(h-BN)相結合能夠從碳氫化合物中提取出氫氣並將其隔離存儲在h-BN的層間間隔中,爲微納尺度領域的氫提取及氫存儲技術提供了新的思路方案。

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研究成果在Nature Communications期刊在线发表

六方氮化硼(h-BN)是一种结构和石墨烯类似的六方晶系二维层状晶体材料,不同的是它由硼、氮两种元素交替组成晶体结构,层间依旧是依靠范德华力(van der Waals Force)紧密结合。更重要的是,h-BN是現已知所有二維材料中唯一的絕緣材料,被公認爲電子器件理想的襯底和隧穿勢壘材料,並擁有極好的耐高溫、抗氧化性能。研究人員在不經意間發現一個有趣的現象,當采用微弱功率的射頻線圈將氩氣、氧氣以及氫氣分別裂解成等離子體對h-BN表面進行處理後,只有被氫氣等離子體(H-Plasma)處理過的表面會産生氣泡結構,而另外兩種等離子體所處理過的樣品表面則幾乎沒有任何變化(見下圖)。

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輕微的Ar,O2,H2Plasma處理對h-BN表面的影響

更有趣的是,隨後研究人員發現當采用甲烷(見下圖)、乙炔以及氩氫混合氣的等離子體對h-BN樣品進行處理後都能使之表面形成尺寸可控的微米級氣泡。經過一系列深入的分析表征後,研究人員證明了h-BN結構的完整性以及氣泡內所存儲的正是氫氣。

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通過CH4-Plasma處理將H2提取並分離存儲在h-BN層間

据悉,该研究工作的合作单位还有维也纳大学、日本国家材料科學研究所等,工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等资助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10660-9

https://chemistrycommunity.nature.com/users/260668-li-he/posts/50357-trapping-hydrogen-molecules-into-hexagonal-boron-nitride-crystal

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