張道禮教授團隊在六方氮化硼儲氫研究中取得重要進展

      6月27日，Nature Communications期刊在線發(fā)表了光學(xué)與電子信息學(xué)院張道禮教授課題組與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所王浩敏研究員課題組合作的題為“Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment”的研究成果。光學(xué)與電子信息學(xué)院2015級博士研究生賀立為論文的第一作者，張道禮和王浩敏為共同通訊作者。

      該研究首次提出了將等離子體技術(shù)與六方氮化硼(h-BN)相結(jié)合能夠從碳氫化合物中提取出氫氣并將其隔離存儲在h-BN的層間間隔中，為微納尺度領(lǐng)域的氫提取及氫存儲技術(shù)提供了新的思路方案。

      研究成果在Nature Communications期刊在線發(fā)表

      六方氮化硼(h-BN)是一種結(jié)構(gòu)和石墨烯類似的六方晶系二維層狀晶體材料，不同的是它由硼、氮兩種元素交替組成晶體結(jié)構(gòu)，層間依舊是依靠范德華力(van der Waals Force)緊密結(jié)合。更重要的是，h-BN是現(xiàn)已知所有二維材料中唯一的絕緣材料，被公認為電子器件理想的襯底和隧穿勢壘材料，并擁有極好的耐高溫、抗氧化性能。研究人員在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，當采用微弱功率的射頻線圈將氬氣、氧氣以及氫氣分別裂解成等離子體對h-BN表面進行處理后，只有被氫氣等離子體(H-Plasma)處理過的表面會產(chǎn)生氣泡結(jié)構(gòu)，而另外兩種等離子體所處理過的樣品表面則幾乎沒有任何變化(見下圖)。

      輕微的Ar，O2，H2Plasma處理對h-BN表面的影響

 

      更有趣的是，隨后研究人員發(fā)現(xiàn)當采用甲烷(見下圖)、乙炔以及氬氫混合氣的等離子體對h-BN樣品進行處理后都能使之表面形成尺寸可控的微米級氣泡。經(jīng)過一系列深入的分析表征后，研究人員證明了h-BN結(jié)構(gòu)的完整性以及氣泡內(nèi)所存儲的正是氫氣。

      通過CH4-Plasma處理將H2提取并分離存儲在h-BN層間

      據(jù)悉，該研究工作的合作單位還有維也納大學(xué)、日本國家材料科學(xué)研究所等，工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目等資助。