Een onderzoeksteam bestaande uit wetenschappers van de Tohoku University, RIKEN, de Universiteit van Tokio, Chiba University en University College London hebben een nieuwe chemische reactieroute ontdekt op titaniumdioxide (TiO ₂ ), een belangrijk fotokatalytisch materiaal.

Het reactiemechanisme, gemeld in ACS Nano , omvat de toepassing van een elektrisch veld dat de breedte van de reactiebarrière verkleint, waardoor waterstofatomen weg kunnen tunnelen van het oppervlak. Dit opent de weg voor de manipulatie van de transportkanalen op atomaire schaal van waterstof, die van belang kunnen zijn bij waterstofopslag. Waterstof is naar voren gebracht als een schoon en hernieuwbaar alternatief voor het verbranden van koolwaterstoffen en een van de grote uitdagingen van onze tijd is het vinden van een efficiënte manier om het op te slaan en te transporteren.

Het team gebruikte scanning tunneling microscopie (STM) om afzonderlijke waterstofionen direct te visualiseren, een veelvoorkomend atoomdefect op TiO ₂ (Figuur 1). In STM, de oppervlaktestructuur van een vast oppervlak wordt op atomaire schaal waargenomen door een scherpe sonde over het oppervlak te scannen en de tunnelstroom te volgen. Minato et al. waren in staat om individuele waterstofionen van het oppervlak te desorberen door de STM-sonde te gebruiken om elektrische pulsen op de waterstof toe te passen. De puls genereert een elektrisch veld en injecteert elektronen in het monster. Door gebruik te maken van een nieuwe theoretische benadering ontwikkeld door Dr. Kajita, het team bevestigde dat in plaats van de hoogte van de reactiebarrière te verminderen, het elektrische veld vermindert de breedte van de barrière, waardoor de waterstof kan desorberen door kwantumtunneling (figuur 2).

Hoofdauteur Prof. Taketoshi Minato (Tohoku Univ. en RIKEN, momenteel Kyoto University) merkte op dat "het nieuwe reactiepad zou kunnen worden benut in schakelapparatuur op nanoschaal en waterstofopslagtechnologie. elektrische velden kunnen worden gebruikt om waterstof te extraheren uit een TiO ₂ -gebaseerd opslagapparaat"