6月27日，Nature Communications期刊在線發(fā)表了光學與電子信息學院張道禮教授課題組與中國科學院上海微系統(tǒng)研究所王浩敏研究員課題組合作的題為“Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment”的研究成果。光學與電子信息學院2015級博士研究生賀立為論文的第一作者，張道禮和王浩敏為共同通訊作者。

      該研究首次提出了將等離子體技術(shù)與六方氮化硼(h-BN)相結(jié)合能夠從碳氫化合物中提取出氫氣并將其隔離存儲在h-BN的層間間隔中，為微納尺度領(lǐng)域的氫提取及氫存儲技術(shù)提供了新的思路方案。

      研究成果在Nature Communications期刊在線發(fā)表

      六方氮化硼(h-BN)是一種結(jié)構(gòu)和石墨烯類似的六方晶系二維層狀晶體材料，不同的是它由硼、氮兩種元素交替組成晶體結(jié)構(gòu)，層間依舊是依靠范德華力(van der Waals Force)緊密結(jié)合。更重要的是，h-BN是現(xiàn)已知所有二維材料中唯一的絕緣材料，被公認為電子器件理想的襯底和隧穿勢壘材料，并擁有極好的耐高溫、抗氧化性能。研究人員在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，當采用微弱功率的射頻線圈將氬氣、氧氣以及氫氣分別裂解成等離子體對h-BN表面進行處理后，只有被氫氣等離子體(H-Plasma)處理過的表面會產(chǎn)生氣泡結(jié)構(gòu)，而另外兩種等離子體所處理過的樣品表面則幾乎沒有任何變化(見下圖)。

      輕微的Ar，O2，H2Plasma處理對h-BN表面的影響

 

      更有趣的是，隨后研究人員發(fā)現(xiàn)當采用甲烷(見下圖)、乙炔以及氬氫混合氣的等離子體對h-BN樣品進行處理后都能使之表面形成尺寸可控的微米級氣泡。經(jīng)過一系列深入的分析表征后，研究人員證明了h-BN結(jié)構(gòu)的完整性以及氣泡內(nèi)所存儲的正是氫氣。

      通過CH4-Plasma處理將H2提取并分離存儲在h-BN層間

      據(jù)悉，該研究工作的合作單位還有維也納大學、日本國家材料科學研究所等，工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目等資助。