Wed, 29 Apr 2020 04:39:09 +0000 https://www.visacardi.com/?p=875 在原子尺寸容積內(nei) 存儲(chu) 微量氣體(ti) 是科研中一項十分有意義(yi) 的研究。其中，阻隔材料的選擇是影響氣體(ti) 存儲(chu) 的重要因素：該材料形成氣泡來包覆存儲(chu) 的氣體(ti) ，且在苛刻環境下保持穩定，更重要的是材料本身不能與(yu) 存儲(chu) 氣體(ti) 有任何的化學或者物理的相互作用。近期，中國科學院上海微係統與(yu) 信息技術研究所的王浩敏研究員課題組就這項研究在《自然-通訊》雜誌上發表了通過等離子體(ti) 處理實現六方氮化硼氣泡中的氫分離的工作。

單層六方氮化硼（h-BN）是一種由硼氮原子相互交錯組成的sp2軌道雜化六邊形網格二維晶體(ti) 材料。在所有現已發現的範德瓦爾斯(van der Waals )單原子層二維材料（2D Materials）中，h-BN是一的絕緣體(ti) ，因此其被認為(wei) 是納米電子器件中理想的超薄襯底或絕緣層材料。此外，h-BN還擁有較高的熱穩定性及化學穩定性，使得它被廣泛研究並應用於(yu) 超薄抗氧化塗層。研究表明，h-BN在1100 ℃以下都能很好地發揮其穩定的抗氧化功效。

圖1. 通過等離子體(ti) 技術從(cong) 甲烷中提取氫氣到h-BN夾層中形成氣泡

同石墨烯類似，h-BN的六邊形網格在結構不被破壞的情況下可以阻止任何一種氣體(ti) 分子或原子穿透其平麵，卻對直徑遠小於(yu) 原子的質子無能為(wei) 力。這一有趣的特性使之能夠被很好地應用於(yu) “選擇性薄膜”、“質子交換膜”等能源領域。而在本文報道的研究中， 王浩敏研究員團隊則巧妙地利用h-BN這一特性，結合等離子體(ti) 技術，對碳氫化合物氣體(ti) （甲烷、乙炔）、氬氫混合氣進行了“氫提取”，並將其穩定地存儲(chu) 在h-BN表麵的微納氣泡中（圖1）。

圖2. a: 六方氮化硼光學顯微鏡照片；b: 六方氮化硼34K與(yu) 33K溫度下的低溫原子力顯微鏡形貌圖，當溫度34K時存在氣泡（圖中亮色部分）；c: 六方氮化硼氣泡不同溫度下的高度，當溫度33K時氣泡消失

低溫原子力顯微鏡的測量結果（圖2）證實了被六方氮化硼氣泡包覆的氣體(ti) 確實是氫氣。文章中，作者使用了一套attoAFM I低溫原子力顯微鏡，顯微鏡可以在閉循環低溫恒溫器attoDRY1100（attoDRY2100係列）內(nei) 被冷卻到較低的液氦溫度。在特定的測量溫度下，原子力顯微成像結果可以幫助研究者證實在33.2 K ± 3.9 K溫度的時候氣泡消失，證實了被包覆氣體(ti) 的消失。由於(yu) 該轉變溫度與(yu) 氫氣的冷凝溫度（33.18K）接近，該實驗結果可以證明氫氣氣體(ti) 存在與(yu) 六方氮化硼氣泡內(nei) 。該工作成功地在六方氮化硼內(nei) 存儲(chu) 了氫氣，為(wei) 未來氫氣的存儲(chu) 提供了全新的方法。

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參考文獻：

Haomin Wang et al, Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment, Nat. Commun., 2019, 10, 2815.