Гидрид палладия - Palladium hydride

Гидрид палладия металлический палладий который содержит значительное количество водород в пределах своего кристаллическая решетка. Несмотря на свое название, это не ионный гидрид а скорее сплав палладия с металлический водород что можно записать PdHИкс. При комнатной температуре гидриды палладия могут содержать две кристаллические фазы, α и β (иногда называемые α '). Чистая α-фаза существует при Икс <0,017, тогда как чистая β-фаза реализуется при Икс > 0,58; промежуточные значения x соответствуют смесям α-β.[1]

Поглощение водорода палладием обратимо, и поэтому было исследовано хранение водорода.[2] Палладиевые электроды использовались в некоторых холодный синтез эксперименты, основанные на гипотезе о том, что водород может быть «сжат» между атомами палладия, чтобы помочь им сплавиться при более низких температурах, чем это требовалось бы в противном случае.

История

Поглощение газообразного водорода палладием было впервые отмечено Т. Грэм в 1866 году, а поглощение водорода, полученного электролитическим способом, когда водород поглощался палладиевым катодом, было впервые зарегистрировано в 1939 году.[2] Грэхем произвел сплав состава PdH.0.75.[3]

Химическая структура и свойства

Палладий иногда метафорически называют «металлической губкой» (не путать с более буквальным металлические губки ), потому что он впитывает водород, «как губка впитывает воду». При комнатной температуре и атмосферном давлении (стандартная температура и давление окружающей среды ), палладий может поглотить до 900 раз больше собственного объема водорода.[4]По состоянию на 1995 год водород может поглощаться металлогидридом, а затем десорбироваться обратно в течение тысяч циклов. Исследователи ищут способы продлить срок полезного использования палладия.[5]

Поглощение водорода дает две разные фазы, каждая из которых содержит атомы металлического палладия в гранецентрированная кубическая (fcc, каменная соль ) решетка, которая имеет ту же структуру, что и чистый металлический палладий. При низких концентрациях до PdH0.02 решетка палладия немного расширяется с 388,9 до 389,5 мкм. Выше этой концентрации появляется вторая фаза с постоянной решетки 402,5 мкм. Обе фазы сосуществуют до тех пор, пока состав PdH0.58 когда исчезает альфа-фаза.[1] Нейтронная дифракция исследования показали, что атомы водорода случайным образом занимают октаэдрические промежутки в решетке металла (в решетке ГЦК имеется одна восьмигранный отверстие на атом металла). Предел поглощения при нормальном давлении - PdH.0.7, что указывает на занятость примерно 70% октаэдрических дырок. Поглощение водорода обратимо, и водород быстро диффундирует через металлическую решетку. Металлическая проводимость снижается по мере поглощения водорода до уровня около PdH.0.5 твердое тело становится полупроводником.[3]

Сверхпроводимость

PdHИкс - сверхпроводник с температурой перехода Tc около 9 К для Икс = 1. (Чистый палладий не является сверхпроводящим). Падение зависимости удельного сопротивления от температуры наблюдалось при более высоких температурах (до 273 K) в богатых водородом (Икс ~ 1), нестехиометрический гидрид палладия и интерпретируется как сверхпроводящие переходы.[6][7][8] Эти результаты были поставлены под сомнение[9][неудачная проверка ] и пока не подтверждены.

Процесс поверхностного поглощения

Процесс поглощения водорода был продемонстрирован сканирующая туннельная микроскопия требуются агрегаты по крайней мере из трех вакансий на поверхности кристалла, чтобы способствовать диссоциации молекулы водорода.[10] Проанализирована причина такого поведения и особенности строения тримеров.[11]

Использует

Поглощение водорода обратимо и очень избирательно. В промышленности используется диффузорный сепаратор на основе палладия. Загрязненный газ проходит через трубки из тонкостенного сплава серебра и палладия как протий и дейтерий легко диффундируют через мембрану из сплава. Проходящий газ чистый и готов к использованию. Палладий сплавлен с серебром для повышения его прочности и устойчивости к охрупчиванию. Чтобы избежать образования бета-фазы, поскольку расширение решетки, о котором говорилось ранее, может вызвать искажения и расщепление мембраны, температуру поддерживают выше 300 ° C.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Манчестер, Ф. Д .; Сан-Мартин, А .; Питре, Дж. М. (1994). «Система H-Pd (водород-палладий)». Журнал фазовых равновесий. 15: 62–83. Дои:10.1007 / BF02667685. Фазовая диаграмма для системы палладий-водород В архиве 2008-02-29 в Archive.today
  2. ^ а б В. Грочала; П. П. Эдвардс (2004). «Термическое разложение гидридов не междоузлий для хранения и производства водорода». Chem. Ред. 104 (3): 1283–1316. Дои:10.1021 / cr030691s. PMID  15008624.
  3. ^ а б c Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 1150–151. ISBN  978-0-08-037941-8.
  4. ^ Ральф Вольф; Халид Мансур.«Удивительная металлическая губка: впитывает водород» В архиве 2015-11-16 на Wayback Machine.1995.
  5. ^ «Продление срока службы палладиевых слоев» В архиве 2015-10-31 на Wayback Machine.
  6. ^ Триподи, П (2003). «Возможность высокотемпературных сверхпроводящих фаз в PdH» (PDF). Physica C. 388–389: 571–572. Bibcode:2003PhyC..388..571T. Дои:10.1016 / S0921-4534 (02) 02745-4.
  7. ^ Штатив, P; Digioacchino, D; Винко, Дж (2004). «Сверхпроводимость в PdH: феноменологическое объяснение». Physica C: сверхпроводимость. 408-410: 350–352. Bibcode:2004PhyC..408..350T. Дои:10.1016 / j.physc.2004.02.099.
  8. ^ Триподи, Паоло; Ди Джоаккино, Даниэле; Винко, Дженни Дарья (2007). «Обзор высокотемпературных сверхпроводящих свойств системы PdH». Международный журнал современной физики B. 21 (18&19): 3343–3347. Bibcode:2007IJMPB..21.3343T. Дои:10.1142 / S0217979207044524.
  9. ^ Барановский, Б .; Дембовска, Л. (2007). «Замечания о сверхпроводимости в PdH» (PDF). Журнал сплавов и соединений. 437 (1–2): L4 – L5. Дои:10.1016 / j.jallcom.2006.07.082.[постоянная мертвая ссылка ]
  10. ^ Т. Мицуи; М. К. Роуз; Е. Фомин; Д. Ф. Оглетри; М. Салмерон (2003). «Диссоциативная адсорбция водорода на палладии требует агрегатов из трех или более вакансий». Природа. 422 (6933): 705–7. Bibcode:2003Натура.422..705М. Дои:10.1038 / природа01557. PMID  12700757.
  11. ^ Н. Лопес; З. Лодзиана; Ф. Иллас; М. Салмерон (2004). "Когда Ленгмюр слишком прост: H2 диссоциация на Pd (111) ». Письма с физическими проверками. 93 (14): 146103. Bibcode:2004ПхРвЛ..93н6103Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.93.146103. HDL:2445/13263. PMID  15524815.

внешняя ссылка