Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yang Yong de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China ha revelado el papel del adsorbato vecino y los túneles cuánticos en la difusión de hidrógeno en una superficie de grafeno, lo que abre un posible camino para una precisión ultraalta. medición basada en sistemas atómicos, en particular, explorando la existencia de una longitud mínima.

Los resultados se publican en The Journal of Physical Chemistry C .

El hidrógeno, el elemento más ligero, exhibe un movimiento cuántico conocido como efecto cuántico nuclear en sus procesos dinámicos. El estudio realizado por el equipo de Yang demuestra el papel crucial de los túneles cuánticos en la activación de los procesos de disociación y difusión del hidrógeno en superficies de cobre. En las superficies de grafeno, el hidrógeno muestra diferentes estados de agregación según la cobertura.

Para estudiar la difusión del hidrógeno en varios estados de agregación sobre una superficie de grafeno, los investigadores utilizaron cálculos de primeros principios junto con el método de la matriz de transferencia. Examinaron los efectos del túnel cuántico en la difusión del hidrógeno calculando probabilidades de transmisión, constantes de velocidad y coeficientes de difusión, considerando los átomos de hidrógeno como partículas clásicas y cuánticas, respectivamente.

La adsorción de átomos de hidrógeno en sitios de adsorción vecinos cambiará significativamente las propiedades cinéticas de los átomos de hidrógeno que se difunden en una superficie de grafeno. Se descubrió que la interacción entre átomos de hidrógeno vecinos es un factor clave que conduce a la variación de la altura de la barrera de difusión.

En la difusión de átomos de hidrógeno en diferentes estados de agregación, la comparación de la probabilidad de difusión, la constante de velocidad de reacción y el coeficiente de difusión del hidrógeno como partícula clásica y partículas cuánticas muestra que la tunelización cuántica juega un papel clave en la difusión a temperatura ambiente y por debajo. Incluso en la región de mayor temperatura (alrededor de 600 K), la contribución no es despreciable.

"Nuestros resultados proporcionan nuevos conocimientos para comprender la dinámica de difusión de los átomos de hidrógeno en la superficie del grafeno", afirmó el profesor Yang.

Más información: Yangwu Tong et al, Difusión de hidrógeno en la superficie del grafeno:los efectos del adsorbato vecino y la tunelización cuántica, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.3c05315

Información de la revista: Revista de Química Física C

Proporcionado por la Academia China de Ciencias