Selective adsorption of atomic hydrogen on a -BN thin film

-BN薄膜上の原子状水素の選択的吸着

Koswattage, K.; 下山 巖   ; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 中川 和道*

Koswattage, K.; Shimoyama, Iwao; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Nakagawa, Kazumichi*

炭素同様ナノチューブ構造をとる窒化ホウ素(BN)は水素吸蔵材料として注目されている材料である。理論的には炭素材料よりも優れた水素吸着特性を持つとの報告もあるが、実験的な検証が十分行われていない。根本的な物性の一つである吸着サイト選択性を調べるためわれわれは六角網面を基調としたBNナノ材料のモデル系として六方晶BN薄膜に対して重水素原子を吸着させ、X線吸収分光法(NEXAFS)とX線分光法(XPS)を観測した。Ni(111)基板上にCVD法で作成したBN薄膜に対してWフィラメントで解離させた原子状重水素を反応させ、反応前後におけるNEXAFSとXPSスペクトルを測定した。その結果、NEXAFSスペクトルはB吸収端で水素との反応後面直成分の軌道ベクトルを持つ準位に大きな変化が生じたのに対し、N吸収端ではほとんど変化を示さなかった。また、XPSスペクトルはB1sピークに新しい成分が観測された。われわれは密度汎関数法であるDVX分子軌道計算によりこれらのスペクトル変化を解析し、BN薄膜のBサイトに選択的に重水素が選択的に吸着したモデルによって実験結果を説明できることを明らかにした。

The adsorption of atomic hydrogen on hexagonal boron nitride (-BN) is studied using two element-specific spectroscopies, i.e., near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). B K-edge NEXAFS spectra show a clear change in the energy region of the band before and after reaction with atomic deuterium. On the other hand, N K-edge NEXAFS spectra show only a little change. B 1s XPS spectra show a distinct component at the low binding energy side of a main component, while N 1s XPS spectra show peak broadening at the high binding energy side. These experimental results are analyzed by the discrete variational (DV) X method with a core-hole effect and are explained by a model in which hydrogen atoms are preferentially adsorbed on the B sites of -BN. Based on the experimental and theoretical results, we propose a site-selective property of BN material on adsorption of atomic hydrogen.