Роль поверхні у процесах гідридоутворення

  • Віктор О. Літвінов Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-2311-2817
  • Іван І. Оксенюк Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-8139-961X
  • Дмитро І. Шевченко Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-4556-039X
  • Валентин В. Бобков Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина, Харківб Україна https://orcid.org/0000-0002-6772-624X
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-3-01
Ключові слова: ВІМС, поверхня, інтерметалеві сплави на основі лантану, водень, гідриди, кисень, оксиди

Анотація

Методом вторинної іонної мас-спектрометрії (ВІМС) проведене дослідження змін хімічного складу поверхневих моношарів інтерметалевих сплавів на основі лантану у процесі взаємодії з воднем і киснем. У якості первинних іонів використовувалися іони Ar+ з енергією 10-18 кеВ. Дослідження початкових стадій процесів взаємодії цих сплавів з воднем в умовах експерименту показало, що на ділянках чистої поверхні водень утворює хімічні сполуки з обома основними компонентами сплаву нікелем і лантаном. У міру накопичення водню на поверхні і в приповерхневій області утворюється водневмісна структура, що характеризується певним стехіометричним співвідношенням компонентів. Нікель у такій структурі має міцні хімічні зв'язки з двома атомами водню, а лантан з двома або більше атомами водню. Поряд із такою сполукою утворюються також структури з меншим вмістом водню. Водневмісна структура, що формується включає обидва основні компоненти сплаву і La і Nі для всіх досліджених зразків, хоча прийнято вважати, що гідридоутворюючим елементом у таких сплавах є лантан. Проведені ВІМС дослідження хімічного складу поверхневих моношарів інтерметалевого сплаву LaNi5 у процесі взаємодії з киснем показали наступне. В результаті взаємодії кисню з об'єктом, що досліджується, на поверхні і у приповерхневій області LaNi5 утворюється комплексна хімічна структура, що включає кисень, лантан і нікель. Кисень у такій структурі як і водень утворює міцні хімічні зв'язки з обома компонентами сплаву. Про це свідчить наявність у мас-спектрах великого набору кисневмісних емісій позитивних, і негативних вторинних іонів з лантаном, з нікелем, а також кластерних кисневмісних лантан-нікелевих вторинних іонів. Оксидні сполуки, що утворюються, мають об'ємну структуру і займають десятки моношарів. Отруєння поверхні гідридоутворюючого сплаву LaNi5 киснем може відбуватися незалежно від того чи була поверхня сплаву від самого початку чистої, або була покрита шаром водневмісних хімічних сполук.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

B.P. Tarasov, M.V. Lototsky, V.A. Yartys, Russian Chem. J. L(6), 34-48 (206). (In Russian).

G. Sandrock, J. Alloy Compd. 293–295, 877 (1999), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9.

P. Dantzer, in: Hydrogen in Metals. III. Properties and Applications, (Springer-Verlag, Berlin – Heidelberg, 1997), pp. 279 340, https://doi.org/10.1007/bfb0103405

V.M. Azhazha, M.A. Tikhonovsky, A.G. Shepelev, Yu.P. Kurilo, T.A. Ponomarenko, and D.V. Vinogradov, PAST, 1, 145-152 (2006), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2006_1/article_2006_1_145.pdf (in Russian)

B.A. Kolachev, R.E. Shalin, and A.A. Ilyin, Hydrogen storage alloys, Reference edition (Metallurgia, Moscow, 1995). (in Russian).

B.P. Tarasov, V.V. Burnasheva, M.V. Lototsky, and V.A. Yartys, Alternative energy and ecology, 12(32), 14-37 (2005), (in Russian).

M.V. Lototskyy, I. Tolj, L. Pickering, C. Sita, F. Barbir, and V. Yartys, Progress in Natural Science: Materials International, 27(1), 3-20 (2017), https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2017.01.008

G. Sandrock, and R.C. Bowman Jr., J. of Alloys and Compounds, 356-357, 794-799 (2003), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(03)00090-2

M.V. Lototskyy, V.A. Yartys, B.G. Pollet, and R.C. Bowman Jr, Int. J. of Hydrogen Energy, 39(11), 5818-5851 (2014), https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.158

S. Fukada, Y. Toyoshima, and M. Nishikawa, Fusion Engineering and Design, 49-50, 805 (2000) https://doi.org/10.1016/s0920-3796(00)00192-7

K.J. Maynard, N.P. Kherani, and W.T. Shmayda, Fusion Technology, 28(3P2), 1546-1551 (1995), https://doi.org/10.13182/FST95-A30632

W.T. Shmayda, N.P. Kherani, and A.G. Heics, J. Vac. Sci. Technol. A, 6(3), 1259 (1988), https://doi.org/10.1116/1.575685

G.R. Longhurst, R.A. Jalbert, and R.L. Rossmassler, Fusion Technology, 15(2P2B), 1331-1336 (1989), https://doi.org/10.13182/fst89-a39873

M.V. Lototsky , V.A. Yartys, Ye.V. Klochko, and V.N. Borisko, J. of Alloys and Compound, 404-406, 724-727 (2005), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.02.086

I.N. Sereda, E.V. Klochko, and A.F. Tseluiko, PAST, 4, 155 (2008), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2008_4/article_2008_4_155.pdf (In Russian).

D.P. Broom Hydrogen Storage Materials: The Characterisation of Their Storage Properties, (Springer, London, 2011), https://doi.org/10.1007/978-0-85729-221-6

G.D. Sandrock, and P.D. Goodell, J. Less Common Metals, 73(1), 161-168 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90355-0

G.D. Sandrock, and P.D. Goodell, J. Less-Common Metals, 104, 159-173 (1984), https://doi.org/10.1016/0022-5088(84)90452-1

J.H.N. van Vucht, F.A. Kuijpers, and H.C.A.M. Bruning, Philips Research Report, 25(2), 133-140 (1970). OSTI Identifier: 4129528.

L. Schlapbach, A. Seiler, H.C. Siegmann, T.V. Waldkirch, P. Zucher, and C.R. Brundle, Int. J. of Hydrogen Energy, 4(1), 21-28 (1979), https://doi.org/10.1016/0360-3199(79)90126-5

Th. von Waldkirch, and P. Zurcher, Appl. Phys. Lett. 33, 689-691 (1978), https://doi.org/10.1063/1.90531

V.T. Cherepin, Ion probe, (Naukova Dumka, Kyiv, 1981). (in Russian)

M. Schülke, H. Paulus, M. Lammers, G. Kiss, F. Réti, and K.H. Müller, Annal Bioanal. Chem. 390(6), 1495-1505 (2008), https://dx.doi.org/10.1007/s00216-007-1797-7

G. Kiss, H. Paulus, O. Krafcsik, F. Réti, K.-H. Müller, and J. Giber, Fresenius J Anal Chem, 365, 203–207 (1999). https://doi.org/10.1007/s002160051473

M.H. Mintz, I. Jacob, and D. Shaltiel, Topics in Applied Physics, 67, 285-317 (2002), https://doi.org/10.1007/3-540-54668-5_14

В.Т. Черепин, М.А. Васильев Методы и приборы для анализа поверхности материалов: Справочник, (Киев: Наукова думка), (1982). (In Russian).

I.A. McHugh, in: Secondary Ion Mass Spectrometry, (Mir, Moscow, 1979), pp. 276-342. (In Russian).

V.I. Veksler, Secondary ion emission of metals, (Nauka, Moscow, 1978). (In Russian).

Ya.M. Fogel', International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics, 9(2), 109-125 (1972), https://doi.org/10.1016/0020-7381(72)80037-8

V.A. Litvinov, V.T. Koppe, and V.V. Bobkov, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 76(5), 553–557 (2012), https://doi.org/10.3103/S1062873812050152

P. Dantzer, Materials Science and Engineering, A329–331, 313–320 (2002), https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01590-8

E.E. Shpilrain, S.P. Malyshenko, and G.G. Kuleshov, Introduction to hydrogen power engineering, (Energoatomizdat, Moscow, 1984). (In Russian).

S. Luo, J.D. Clewley, T.B. Flanagan, R.C. Bowman Jr., and L.A. Wade, J. Alloys Comp. 267(1-2), 171-181 (1998), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(97)00536-7

H. Züchner, R. Dobrileit, and T. Rauf, Fresenius J Anal Chem. 341, 219-232 (1991), https://doi.org/10.1007/BF00321552

H. Züchner, P. Kock, T. Bruning, and T. Rauf, J. Less Common Metals, 172-174(Part A), 95-106 (1991), https://doi.org/10.1016/0022-5088(91)90437-9

H. Zuchner, J. Kintrup, R. Dobrileit, and I. Untiedt, J. Alloys Comp, 293-295, 202-212 (1999), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00420-X

D. Lebiedz, H. Zuchner, and O.A Gutfleisch, J. Alloys Comp, 356-357, 679-682 (2003), https://doi.org/10.1016/S0925-8388(03)00288-3

R. Dobrileit, and H. Zuchner, Z. Naturforsch, 50(6), 533 (1995), https://doi.org/10.1515/zna-1995-0604

V.A. Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, J. Surf. Invest. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 12(3), 576-583 (2018), https://doi.org/10.1134/S1027451018030321

V.A. Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, (Interaction of ions with a surface VIP-2017, Moscow), 2, 52-55 (2017), (In Russian), http://plasma.mephi.ru/ru/uploads/files/conferences/ISI_2017/ISI_2017_Tom_2.pdf

V.A. Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, Ukr. J. Phys, 62(10), 845-857 (2017), https://doi.org/10.15407/ujpe62.10.0845

V.A. Litvinov, A.G. Koval, and B.M. Fizgeer, Izvestiia AN SSSR: Ser. Phys. 55(12), 2423-2426 (1991). (In Russian).

B.A. Kolachev, A.A. Ilyin, V.A. Lavrenko, and V. Levinsky, Hydride Systems: A Handbook. (Metallurgiia, Moscow, (1992).

A.N. Perevezentsev, B.M. Andreev, V.K. Kapyshev, L.A. Rivkis, M.P. Malek, V.M. Bystritsky, and V.A. Stolupin, Physics of elementary particles and the atomic nucleus, 19(6), 1386-1439 (1988). (In Russian).

T. Takeshita, S.K. Malik, and W.E. Wallace, J. of Solid-State Chemistry, 23(3-4), 271-274 (1978), https://doi.org/10.1016/0022-4596(78)90074-9

M.H. Mendelsohn, D.M. Gruen, and A.E. Dwight, J. Less Common Metals, 63(2), 193-207 (1979), https://doi.org/10.1016/0022-5088(79)90243-1

L.G. Shcherbakova, Yu.M. Solonin, and Ye.N. Severyanina, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems, 645, 644-652 (2008), https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8898-8_80

H. Diaz, A. Percheron-Guégan, J.C. Achard, C. Chatillon, and J.C. Mathieu, Int. J. of Hydrogen Energy, 4(5), 445-454 (1979), https://doi.org/10.1016/0360-3199(79)90104-6

P.D. Goodell, J. Less Common Metals, 89(1), 45-54 (1983). https://doi.org/10.1016/0022-5088(83)90247-3

K. Suzuki, K. Ishikawa, and K. Aoki, Material Transactions JIM, 41(5), 581-584 (2000), https://doi.org/10.2320/matertrans1989.41.581

J.I. Han, and J.Y. Lee, J. of the Less Common Metals, 152(2), 329-338 (1989), https://doi.org/10.1016/0022-5088(89)90100-8

P. Dantzer, J. of the Less Common Metals, 131, 349-363 (1987), https://doi.org/10.1016/0022-5088(87)90534-0

R.C. Bowman, D.M. Gruen, and M.H. Mendelsohn, Solid State Communications, 32(7), 501-506 (1979), https://doi.org/10.1016/0038-1098(79)90362-4

R.C Bowman Jr., B.D Craft, A. Attalla, M.H. Mendelsohn, and D.M. Gruen, J. of the Less Common Metals, 73(2), 227-232 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90307-0

C.E. Lundin, F.E. Lynch, and C.B. Magee, J. of the Less Common Metals, 56(1), 19-37 (1977), https://doi.org/10.1016/0022-5088(77)90215-6

W.E. Wallace, E.B. Boltich, J. of Solid State Chemistry, 33(3), 435-437 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-4596(80)90168-1

C. Lartigue, A. Percheron-Guegan, J.C. Achard, J. of the Less Common Metals, 75, 23-29 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90365-3

L. Schlapbach, A. Seiler, F. Stucki, and H.C Siegmann, J. Less Common Metals, 73, 145-160 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90354-9

A.A. Radzig, and B.M. Smirnov, Handbook of atomic and molecular physics, (Atomizdat, Moscow, 1980). (In Russian).

V.A. Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, Ion-Surface Interactions ISI – 2019, (Moscow, 2019), 2, pp. 71 74.

V.A. Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 14(6), 1358–1365. (2020), https://doi.org/10.1134/S102745102006035X

P. Selvam, B. Viswanathan, C.S. Swamy, and V. Srinivasan, J. Less Common Metals, 163, 89-108 (1990), https://doi.org/10.1016/0022-5088(90)90088-2

P.D. Goodell, J. Less Common Metals, 89(1), 45-54 (1983), https://doi.org/10.1016/0022-5088(83)90247-3

H.C. Siegmann, L. Schlapbach, and C.R. Brundle, Phys. Rev. Let. 40(14), 972-975 (1978), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.40.972

F. Stucki, and L. Schlapbach, J. Less Common Metals, 74(1), 143-151 (1980), https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90084-3

L. Schlapbach, F. Stucki, A. Seiler, and H.C. Siegmann, Surf. Sci., 106(1-3), 157-159 (1981), https://doi.org/10.1016/0039-6028(81)90194-1

L. Schlapbach, Solid State Communications, 38(2), 117-123 (1981), https://doi.org/10.1016/0038-1098(81)90802-4

W.E. Wallace, R.F. Karlicek, and H. Imamura, J. Phys. Chem. 83(13), 1708-1712 (1979), https://doi.org/10.1021/j100476a006

J.H. Weaver, A. Franciosi, W.E. Wallace, and H.K. Smith, J. App. Phys. 51, 5847-5851 (1980), https://doi.org/10.1063/1.327544

J.H. Weaver, A. Franciosi, D.J. Peterman, T. Takeshita, and K.A. Gschneidner Jr., J. Less Common Metals, 86, 195-202 (1982), https://doi.org/10.1016/0022-5088(82)90205-3

P. Selvam, B. Viswanathan, and V. Srinivasan, Jnt. J. Hydrogen Energy, 14(9), 687-689 (1989), https://doi.org/10.1016/0360-3199(89)90048-7

P. Selvam, B. Viswanathan, C.S. Swamy, and V. Srinivasan, Int. J. Hydrogen Energy, 16(1), 23-33 (1991), https://doi.org/10.1016/0360-3199(91)90057-P

R. Berish, editor, Sputtering of solids by ion bombardment. Issue 1, Physical spraying of single-element solids, (Mir, Moscow, 1984). (In Russian).

S.P. Holland, B.J. Garrison, and N. Winograd, Phys. Rev. Letters, 44, 756-759 (1980), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.44.756

P. Joyes, J. Physique, 44, 221-227 (1983), https://doi.org/10.1051/jphys:01983004402022100

N. Winograd, B. J. Garrison, T. Fleisch, W. N. Delgass, D. E. Jr. Harrison, J. Vac. Sci. Technol., 16, 629-634 (1979), https://doi.org/10.1116/1.570017

B.J. Garrison, N. Winograd, D.E. Jr. Harrison, J. Chem. Phys., 69, 1440-1444 (1978), https://doi.org/10.1063/1.436767.

V.A Litvinov, I.I. Okseniuk, D.I. Shevchenko, and V.V. Bobkov, East European Journal of Physics, 3, 30-36 (2021), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-04

Опубліковано
2023-09-04
Цитовано
Як цитувати
Літвінов, В. О., Оксенюк, І. І., Шевченко, Д. І., & Бобков, В. В. (2023). Роль поверхні у процесах гідридоутворення. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 10-42. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-3-01
Номер
№ 3 (2023): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Огляди

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).