Selective adsorption of atomic deuterium on BN thin film

BN薄膜上の原子状重水素の選択的吸着

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*

窒化ホウ素(BN)は炭素同様ナノチューブ構造をとるため水素吸蔵材料としての応用が提案されている。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、試料合成の問題により実験的にはまだ検証が十分行われていない。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、その吸着特性をX線吸収分光法(NEXAFS)とX線分光法(XPS)により調べた。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。

Boron nitride (BN) nanotubes (BNNTs) have attracted much research attention as a promising candidate for hydrogen storage. One of the most basic arguments is the site dependence of atomic hydrogen adsorption. In this work, we investigated the site dependence of atomic deuterium adsorption on a thin film of BN as a representative system for BN nanomaterials, using NEXAFS and XPS. A BN thin. The XPS spectrum of B 1s showed a prominent shoulder on the low binding energy side of the main peak after deuteration, while the N 1s spectrum showed only peak broadening at the high binding energy side. In the PSID measurements, it was observed that there was a clear resonance peak at the B site but no resonance at the N site. The experimental results of NEXAFS and XPS were analyzed by the DV-X method with core-hole effect. Finally, we conclude that deuterium (hydrogen) atoms are preferentially adsorbed on the B sites of BN materials, via a single hydrogen adsorption model.