據(jù)國(guó)外網(wǎng)站報(bào)道，吸氫材料主要用于儲(chǔ)氫和凈化，因此可用作清潔能源的載體。最好的氫吸收劑鈀可以通過(guò)與金元素合金化來(lái)進(jìn)一步改善儲(chǔ)氫效率。

由東京工業(yè)大學(xué)引領(lǐng)的新研究首次解釋了黃金是如何產(chǎn)生這樣的差異，這對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)是十分有價(jià)值的。

儲(chǔ)氫的第一步是化學(xué)吸附，其中氣態(tài)H2與鈀碰撞并吸附(粘附)在鈀表面。之后，化學(xué)吸附的H原子擴(kuò)散到幾個(gè)納米深的原子表面。最近發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(PNAS)上的一篇文章報(bào)道說(shuō)，該小組專(zhuān)注于這個(gè)緩慢的第二步，而這是整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵。

在純鈀中，與鈀碰撞的氫氣分子中大約只有1/1000能夠被吸收到內(nèi)部。然而，當(dāng)鈀表面與金合金化時(shí)，其吸收速度快40倍以上。

根據(jù)該研究，金的含量至關(guān)重要，當(dāng)金原子數(shù)略少于單個(gè)鈀單層的一半(0.4)時(shí)，金含量是最合適的，此時(shí)氫吸收能達(dá)到最大化。這是通過(guò)熱解光譜法和使用伽馬射線(xiàn)對(duì)H原子的深度測(cè)量發(fā)現(xiàn)的。

金原子主要位于合金表面。在純鈀中，即使在這個(gè)深度以下，儲(chǔ)氫也會(huì)得到改善。因此，金很有可能是加速氫擴(kuò)散，而不是改善其溶解度。

這種擴(kuò)散作用類(lèi)似于典型的化學(xué)反應(yīng)，其速率由能壘決定，即H原子必須克服才能穿過(guò)鈀原子。勢(shì)壘高度是化學(xué)吸附H原子的能量與它們必須通過(guò)以到達(dá)第一個(gè)亞表面位置的過(guò)渡態(tài)之間的間隙。

根據(jù)密度泛函理論(DFT)計(jì)算，金原子使化學(xué)吸附氫變得不穩(wěn)定，從而增加其能量并降低能壘。通過(guò)使表面成為H原子不穩(wěn)定的環(huán)境，這可以促使它們更快地滲透到更深的位置，而不是在表面徘徊。光電子能譜表明，金原子將鈀電子的能量向下推，削弱了它們化學(xué)吸附氫的能力。

然而，弱化學(xué)吸附的H原子也更容易從表面解吸，即返回氣相。這個(gè)過(guò)程解釋了為什么僅用0.4個(gè)厚的單層金來(lái)實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)存最大化，如果再添加金，則氫的解吸超過(guò)其擴(kuò)散，吸氫能力減弱。