Study on selective adsorption of deuterium on boron nitride using photon-stimulated ion-desorption

光刺激イオン脱離を用いた窒化ホウ素上の重水素の選択的吸着の研究

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)からなるナノチューブは、カーボンナノチューブよりも優れた水素吸蔵能を持つ可能性が指摘されているため水素吸蔵材として興味深い候補であるが、水素吸着挙動については不明な点が多い。中でも最も基本的な疑問の一つに吸着サイト依存性がある。水素原子がB, Nサイトのどちらかに吸着するのか、それとも選択性を持たないのかについては多くの理論研究があるが矛盾する結果が報告されており、実験的な検証はほとんど行われていない。そこで本研究でわれわれは六方晶BN薄膜を直径無限大のナノチューブのモデル材料とみなし、光刺激イオン脱離分光法による水素の直接観測実験を行った。内殻励起後のイオン脱離はサイト選択的であるため、脱離水素イオンを検出することで水素の直接観測とサイト選択的測定の両立が期待できる。実験では不純物由来の水素と区別するため重水素原子を用いた。重水素化したBN薄膜にB及びNの吸収端領域のX線を照射し、検出されたDイオンの脱離収率スペクトルを測定した。B内殻励起ではD脱離収率が吸収端で明瞭に増加したが、N吸収端ではがほぼ一定な値を示した。この結果はBサイトへの優先的吸着を示唆している。

Adsorption behavior of atomic deuterium on a hexagonal boron nitride (h-BN) thin film is studied by photon-stimulated ion desorption (PSID) of D and near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) at the B and N K-edges. After the adsorption of atomic deuterium, D desorption yield (h) shows clear enhancement at the B K-edge and almost no enhancement at the N K-edge. NEXAFS spectra show a large change in the B K-edge and a small change in the N K-edge after the adsorption. We propose selective adsorption of atomic deuterium on the h-BN thin film based on the experimental results, and mention the effectiveness of applying the PSID method with X-ray to study hydrogen storage materials.