Д-р Мицунори Курахаши, главный научный сотрудник отдела нанотехнологий (руководитель подразделения: Дайсуке Фудзита), Национальный институт материаловедения (президент: Сукэкацу Ушиода) и д-р Ясуси Ямаути, руководитель группы в том же подразделении, представили убедительные доказательства, разъясняющие динамический процесс окисления поверхности алюминия с использованием ориентированного пучка O2, который был первоначально разработан исследователями, и тем самым разрешил спор о механизме реакции, продолжавшийся в течение 20 лет.Алюминий широко используется в качестве коррозионно-стойкого легкого материала, несмотря на его высокую реакционную способность по отношению к O2, поскольку плотная оксидная пленка, образующаяся на поверхности, предотвращает коррозию под действием кислорода и т. Д. В воздухе. В области фундаментальной науки о поверхности адсорбция O2 на алюминиевых поверхностях изучалась в течение многих лет как наиболее представительная система окисления поверхности.Однако предыдущие экспериментальные и / или теоретические исследования процесса адсорбции / диссоциации O2 на атомном уровне противоречат друг другу.
В результате механизм этой простой поверхностной реакции все еще оставался неясным, несмотря на исследования, продолжавшиеся более 20 лет.Используя ориентированный пучок O2, разработанный исследователями, команда во главе с доктором Курахаши пояснила, что вероятность адсорбции O2 на поверхности алюминия сильно зависит от ориентации оси молекулы O2.Исследователи NIMS продемонстрировали, что низкоскоростные молекулы O2 с кинетической энергией 0,1 эВ или меньше адсорбируются только тогда, когда их оси почти параллельны поверхности, тогда как молекулы O2 в любой ориентации молекул могут адсорбироваться, когда кинетическая энергия превышает 0,2 эВ.
До сих пор считалось, что молекулы O2 с осью, перпендикулярной поверхности, адсорбируются в условиях низкой энергии, и это долгое время сбивало с толку обсуждение механизма реакции.Однако настоящее исследование пришло к выводу, что этот механизм реакции неверен.
Это исследование также объясняет предыдущие экспериментальные результаты, которые казались противоречивыми и, таким образом, прояснили весь динамический процесс адсорбции O2 на поверхности алюминия на атомном уровне, который оставался неясным в течение многих лет. Более того, это исследование показывает, что небольшая разница в энергии активации 0,1 эВ для различных молекулярных ориентаций должна быть учтена для будущих исследований адсорбции O2 на поверхностях. Адсорбция O2 важна не только для окисления самого материала, но и для каталитических процессов, происходящих на поверхности электродов топливных элементов и т. Д.
Дорогие редкие металлы, такие как платина, используются в качестве катализаторов, которые эффективно диссоциируют молекулы O2. Ориентированный пучок O2, использованный в этом исследовании, будет полезен не только при анализе реакции, но и при исследовании катализаторов-заменителей.