华中科大张道礼团队在六方氮化硼储氢研究中取得重要进展

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6月27日,《自然通讯》(Nature Communications)发表了光电信息研究所张道立教授研究小组和中国科学院上海微系统研究所研究员王浩民研究成果:通过等离子体处理分离六方氮化硼气泡中的氢。何莉,2015年博士光电信息学院的学生,是论文的第一作者。张道立教授和王浩民教授是合着者。

本研究首先提出将等离子体技术与六方氮化硼(h-BN)相结合,从碳氢化合物中提取氢,并将其储存在h-BN的层间空间中,这是一个微纳米级的场。氢气提取和储氢技术提供了一种新的解决方案。

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研究结果在线发表在Nature Communications Journal上

六方氮化硼(h-BN)是六方二维层状晶体材料,其结构类似于石墨烯。不同之处在于它由硼和氮交替的晶体结构组成,并且这些层仍然依赖于范德瓦尔斯。范德瓦尔斯力量紧密结合。更重要的是,h-BN是所有二维材料中已知的唯一绝缘材料。它被认为是用于电子器件的理想衬底和隧道阻挡材料,并且具有优异的耐高温性和抗氧化性。研究人员无意中发现了一个有趣的现象。当通过弱功率RF线圈将氩气,氧气和氢气分别裂解成等离子体时,处理h-BN的表面,并且仅处理氢等离子体(H-Plasma)。表面的表面将具有气泡结构,而由另外两个等离子体处理的样品表面几乎没有变化(见下图)。

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轻度Ar,O2,H2Plasma处理对h-BN表面的影响

更有趣的是,研究人员后来发现,当用甲烷等离子体(见下图),乙炔和氩 - 氢混合物处理h-BN样品时,表面可以形成受控尺寸的微米级气泡。经过一系列深入的分析表征,研究人员证明了h-BN结构的完整性和存储在气泡中的氢气。

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通过CH4-等离子体处理提取H2并将其分别存储在h-BN层中

据报道,研究工作的合作单位包括维也纳大学和日本国家材料科学研究所。这项工作得到了国家重点研究与发展计划和国家自然科学基金会的资助。 (文朱玉玲)

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