Tunneler ud af overfladen

Et forskerhold bestående af forskere fra Tohoku University, RIKEN, universitetet i Tokyo, Chiba University og University College London har opdaget en ny kemisk reaktionsvej på titaniumdioxid (TiO ₂ ), et vigtigt fotokatalytisk materiale.

Reaktionsmekanismen, rapporteret i ACS Nano , involverer påføring af et elektrisk felt, der indsnævrer bredden af ​​reaktionsbarrieren, derved tillader brintatomer at tunnelere væk fra overfladen. Dette åbner vejen for manipulation af brints transportkanaler på atomare skala, hvilket kunne være vigtigt i brintlagring. Brint er blevet fremført som et rent og vedvarende alternativ til afbrænding af kulbrinter, og en af ​​vore dages store udfordringer er at finde en effektiv måde at opbevare og transportere det på.

Holdet brugte scanning tunneling microscopy (STM) til direkte at visualisere enkelte brintioner, en almindelig atomare defekt på TiO ₂ (Fig. 1). I STM, overfladestrukturen af ​​en fast overflade observeres på atomær skala ved at scanne en skarp sonde hen over overfladen og overvåge tunnelstrømmen. Minato et al. var i stand til at desorbere individuelle brintioner fra overfladen ved at bruge STM-sonden til at påføre elektriske impulser til brinten. Impulsen genererer et elektrisk felt samt injicerer elektroner i prøven. Ved at bruge en ny teoretisk tilgang udviklet af Dr. Kajita, holdet bekræftede, at snarere end at reducere reaktionsbarrierens højde, det elektriske felt reducerer bredden af ​​barrieren, hvorved brinten tillader desorbering ved kvantetunnelering (fig. 2).

Hovedforfatter Prof. Taketoshi Minato (Tohoku Univ. og RIKEN, i øjeblikket Kyoto University) kommenterede, at "Den nye reaktionsvej kunne udnyttes i nanoskala switching-enheder og brintlagringsteknologi. For eksempel, elektriske felter kunne bruges til at udvinde brint fra en TiO ₂ -baseret lagerenhed"