Интерес к водородной энергетике как к экологичному источнику энергии продолжает расти, а вместе с ним усиливается и потребность в надежных материалах для хранения и транспортировки водорода. Среди перспективных кандидатов особое место занимает ванадий. Он способен активно поглощать водород и обеспечивать его перемещение внутри собственной кристаллической структуры. При этом поведение водорода в ванадии не всегда одинаково, и долгое время причина таких различий оставалась загадкой для ученых.
Прорыв в понимании этого явления совершили исследователи из Института промышленных наук Токийского университета. В своей работе они объединили экспериментальные измерения структуры и диффузии водорода с квантово‑механическими расчетами. Благодаря такому подходу ученым удалось выявить ключевой фактор, определяющий характер движения водорода в материале.
Наши результаты показывают, что кристаллическая симметрия является ключевым фактором в управлении квантовым поведением водорода. Высокосимметричные структуры позволяют водороду туннелировать, в то время как деформированные структуры подавляют этот эффект.
Суть открытия заключается в том, что водород в кристаллической решетке ванадия может вести себя двояко. При низкой концентрации водорода структура остается высокосимметричной, и атомы водорода способны туннелировать между соседними узлами, проявляя свойства квантовой волны. Однако при увеличении концентрации водорода кристалл деформируется, симметрия нарушается — и водород начинает вести себя как классическая частица, преодолевая энергетические барьеры за счет тепловой энергии.
Старший автор исследования Кацуюки Фукутани пояснил: кристаллическая симметрия фактически работает как переключатель квантового поведения. В симметричной структуре водород находит эквивалентные пути для туннелирования, а нарушение симметрии лишает его такой возможности.
По словам авторов, способность контролировать поведение водорода позволит улучшить материалы для его хранения и управления диффузией. Это окажет влияние на целый ряд водородных технологий — от транспортировки до очистки.
Таким образом, понимание роли кристаллической симметрии открывает путь к созданию новых материалов, способных эффективно управлять поведением водорода на атомном уровне. Это важный шаг к развитию технологий экологически чистой энергетики и более надежных систем хранения энергии.
Ранее Наука Mail рассказывала, что выработанную на чистом водороде энергию впервые подали в сеть.