En forskargrupp ledd av professor Yang Yong från Hefei Institutes of Physical Science vid den kinesiska vetenskapsakademin har avslöjat rollen av angränsande adsorbat och kvanttunneling i diffusionen av väte på en grafenyta, vilket öppnar en möjlig väg för ultrahög precision mätning baserad på atomsystem, i synnerhet som utforskar förekomsten av en minimilängd.
Resultaten publiceras i The Journal of Physical Chemistry C .
Väte, det lättaste grundämnet, uppvisar kvantrörelse känd som kärnkvanteffekten i sina dynamiska processer. Studien utförd av Yangs team visar den avgörande rollen av kvanttunneling i aktiveringen av vätedissociations- och diffusionsprocesser på kopparytor. På grafenytor visar väte olika aggregationstillstånd beroende på täckningen.
För att studera diffusionen av väte i olika aggregationstillstånd på en grafenyta använde forskarna första principberäkningar tillsammans med transfermatrismetoden. De undersökte kvanttunneleffekterna på vätediffusion genom att beräkna transmissionssannolikheter, hastighetskonstanter och diffusionskoefficienter, och betraktade väteatomer som klassiska respektive kvantpartiklar.
Adsorptionen av väteatomer på angränsande adsorptionsställen kommer signifikant att förändra de kinetiska egenskaperna hos de diffuserande väteatomerna på en grafenyta. Interaktionen mellan närliggande väteatomer visade sig vara en nyckelfaktor som leder till variationen av diffusionsbarriärens höjd.
Vid diffusion av väteatomer i olika aggregationstillstånd visar jämförelsen av diffusionssannolikheten, reaktionshastighetskonstanten och diffusionskoefficienten för väte som klassiska partikel- och kvantpartiklar att kvanttunnelering spelar en nyckelroll i diffusionen vid rumstemperatur och under. Även i det högre temperaturområdet (cirka 600 K) är bidraget fortfarande inte försumbart.
"Våra resultat ger nya insikter om att förstå diffusionsdynamiken hos väteatomer på grafenytan", säger professor Yang.
Mer information: Yangwu Tong et al, Hydrogen Diffusion on Graphene Surface:The Effects of Neighboring Adsorbate and Quantum Tunneling, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.3c05315
Journalinformation: Journal of Physical Chemistry C
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
