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我院张道礼教授团队在六方氮化硼储氢研究中取得重要进展

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。

该研究首次提出了将等离子体技术与六方氮化硼(h-BN)相结合能够从碳氢化合物中提取出氢气并将其隔离存储在h-BN的层间间隔中,为微纳尺度领域的氢提取及氢存储技术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是现已知所有二维材料中唯一的绝缘材料,被公认为电子器件理想的衬底和隧穿势垒材料,并拥有极好的耐高温、抗氧化性能。研究人员在不经意间发现一个有趣的现象,当采用微弱功率的射频线圈将氩气、氧气以及氢气分别裂解成等离子体对h-BN表面进行处理后,只有被氢气等离子体(H-Plasma)处理过的表面会产生气泡结构,而另外两种等离子体所处理过的样品表面则几乎没有任何变化(见下图)。

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轻微的Ar,O2,H2Plasma处理对h-BN表面的影响

更有趣的是,随后研究人员发现当采用甲烷(见下图)、乙炔以及氩氢混合气的等离子体对h-BN样品进行处理后都能使之表面形成尺寸可控的微米级气泡。经过一系列深入的分析表征后,研究人员证明了h-BN结构的完整性以及气泡内所存储的正是氢气。

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通过CH4-Plasma处理将H2提取并分离存储在h-BN层间

据悉,该研究工作的合作单位还有维也纳大学、日本国家材料科学研究所等,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。

论文链接: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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