Manipulering av en atomär defekt med hjälp av sonden i ett avsökningstunnelmikroskop. Kreditera: ACS Nano
Ett forskarlag bestående av forskare från Tohoku University, RIKEN, universitetet i Tokyo, Chiba University och University College London har upptäckt en ny kemisk reaktionsväg på titandioxid (TiO 2 ), ett viktigt fotokatalytiskt material.
Reaktionsmekanismen, redovisas i ACS Nano , involverar applicering av ett elektriskt fält som minskar bredden på reaktionsbarriären, därigenom tillåter väteatomer att tunnla bort från ytan. Detta öppnar vägen för manipulation av vätetransportkanalerna i atomär skala, vilket kan vara viktigt vid vätgaslagring. Vätgas har framförts som ett rent och förnybart alternativ till förbränning av kolväten och en av vår tids stora utmaningar är att hitta ett effektivt sätt att lagra och transportera det.
Teamet använde scanning tunneling microscopy (STM) för att direkt visualisera enskilda vätejoner, en vanlig atomär defekt på TiO 2 (Figur 1). I STM, ytstrukturen på en fast yta observeras på atomär skala genom att skanna en skarp sond över ytan och övervaka tunnelströmmen. Minato et al. kunde desorbera enskilda vätejoner från ytan genom att använda STM-sonden för att applicera elektriska pulser på vätet. Pulsen genererar ett elektriskt fält och injicerar elektroner i provet. Genom att använda en ny teoretisk metod utvecklad av Dr. Kajita, teamet bekräftade att snarare än att minska reaktionsbarriärens höjd, det elektriska fältet minskar barriärens bredd, därigenom tillåter vätet att desorberas genom kvanttunnelering (fig. 2).
Konceptuella bilder av den nya kemiska reaktionen som förklaras i detta arbete. Kreditera: ACS Nano
Huvudförfattare Prof. Taketoshi Minato (Tohoku Univ. och RIKEN, för närvarande Kyoto University) kommenterade att "Den nya reaktionsvägen skulle kunna utnyttjas i nanoskala omkopplingsenheter och vätelagringsteknik. Till exempel, elektriska fält skulle kunna användas för att extrahera väte från en TiO 2 -baserad lagringsenhet"
