氢气自由基环境下化学稳定的 IV-V 过渡金属碳化物薄膜
材料科学
2024-11-12 v2 应用物理
摘要
氢气在绿色能源转型中发挥着关键作用。然而，其倾向于与周围材料发生反应并渗入至该材料中，构成挑战。因此，有必要开发可保护氢敏感系统组件的涂层，以应对活跃的氢环境。本文报道了 IV-V 过渡金属碳化物（TMC）薄膜作为氢气保护涂层的潜在候选方案，适用于提升温度下的氢自由基（H*）环境。我们基于碳化物和表面氧化物（TMOx）的还原作用，确定了三类 TMCs：HfC、ZrC、TiC、TaC、NbC 和 VC（类别 A）发现其稳定的碳化 C（TM-C）含量，并进一步细分为部分（类别 A1：HfC、ZrC 和 TiC）和强（类别 A2：TaC、NbC 和 VC）表面 TMOx 还原。与类别 A 不同，Co2C（类别 B）观察到强烈的碳化物还原，以及强烈的表面 TMOx 还原。我们假设 H*-TMC/TMOx 相互作用包含三个过程：（i）表面 C/O 原子的氢化；（ii）CHx/OHx 物种的形成；（iii）次表层 C/O 原子向表面空位的扩散。根据 TMCs 和 TMOx 还原反应的 Gibbs 自由能变化（DeltaG），估算形成 CHx/OHx 物种（i）所需吸附 H 原子数，以及相应的能垒（ii）。提出表面碳化 C 原子的氢化可限制 TMCs 的还原，而表面 TMOx 的还原由形成 H2O 的热力学障碍决定。
引用
@article{arxiv.2404.14108,
title = {Chemically Stable Group IV-V Transition Metal Carbide Thin Films in Hydrogen Radical Environments},
author = {Abdul Rehman and Robbert W. E. van de Kruijs and Wesley T. E. van den Beld and Jacobus M. Sturm and Marcelo Ackermann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.14108},
year = {2024}
}
备注
10 pages and 7 figures