Forskere afslører rollen af ​​naboadsorbater og kvantetunnelering i overfladediffusion af brintatomer

En forskergruppe ledet af prof. Yang Yong fra Hefei Institutes of Physical Science ved det kinesiske videnskabsakademi har afsløret rollen af ​​naboadsorbat og kvantetunnelering i diffusionen af ​​brint på en grafenoverflade, hvilket åbner en mulig vej for ultrahøj præcision måling baseret på atomare systemer, især udforskning af eksistensen af ​​en minimumslængde.

Resultaterne er offentliggjort i The Journal of Physical Chemistry C .

Brint, det letteste grundstof, udviser kvantebevægelse kendt som den nukleare kvanteeffekt i dets dynamiske processer. Undersøgelsen udført af Yangs team demonstrerer den afgørende rolle af kvantetunnelering i aktiveringen af ​​hydrogendissociation og diffusionsprocesser på kobberoverflader. På grafenoverflader viser brint forskellige aggregeringstilstande afhængigt af dækningen.

For at studere diffusionen af ​​brint i forskellige aggregeringstilstande på en grafenoverflade brugte forskerne først-princippet-beregninger sammen med transfermatrix-metoden. De undersøgte kvantetunnelvirkningerne på brintdiffusion ved at beregne transmissionssandsynligheder, hastighedskonstanter og diffusionskoefficienter, idet de betragtede brintatomer som henholdsvis klassiske og kvantepartikler.

Adsorptionen af ​​brintatomer på tilstødende adsorptionssteder vil væsentligt ændre de kinetiske egenskaber af de diffuserende brintatomer på en grafenoverflade. Interaktionen mellem tilstødende brintatomer viste sig at være en nøglefaktor, der fører til variationen af ​​diffusionsbarrierens højde.

Ved diffusion af brintatomer i forskellige aggregeringstilstande viser sammenligningen af ​​diffusionssandsynligheden, reaktionshastighedskonstanten og diffusionskoefficienten for brint som klassiske partikel- og kvantepartikler, at kvantetunnelering spiller en nøglerolle i diffusionen ved stuetemperatur og derunder. Selv i det højere temperaturområde (omkring 600 K) er bidraget stadig ikke ubetydeligt.

"Vores resultater giver ny indsigt i at forstå diffusionsdynamikken af ​​brintatomer på grafenoverfladen," sagde prof. Yang.

Flere oplysninger: 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

Journaloplysninger: Journal of Physical Chemistry C

Leveret af Chinese Academy of Sciences