一种新的电子显微镜技术揭示了纳米尺度的储氢过程

台湾大学的一个研究小组开发了一种新的电子显微镜技术，可以对样品进行灵敏的原子序数（Z）测量。这项名为原子序数电子显微镜（ZEM）的技术现在用于观察纳米级钯的储氢行为以及相关的缺陷形成和愈合过程。

这项创新可能会为当前的材料表征工具提供重大改进，特别是在定量分析轻元素或化合物方面。

发表在ACS Nano上的ZEM利用了其对低Z材料的敏感响应，如氢（Z=1）和空位缺陷（Z=0）。这些特征在传统电子显微镜下几乎不可见，现在可以使用ZEM以惊人的清晰度进行可视化。

“轻元素与电子和光子的相互作用很弱，很难被探测到，”该论文的首席研究员张志伟博士解释道。“但是有了我们的ZEM平台，我们终于可以直接观察金属内部的氢行为，甚至可以看到它是如何改变材料本身的。”

该团队使用钯（Pd）作为实验对象，钯是一种广泛用于储氢的材料。他们发现氢的吸收并不均匀，而是倾向于沿着晶界和内部缺陷集中。

更令人惊讶的是，在多次充氢和放电循环后，缺陷的数量实际上减少了，这表明氢气可能在促进材料内的自愈方面发挥作用。

ZEM能够对氢含量和缺陷密度进行无损定量分析，这使其有别于在分析过程中破坏样品的传统技术。

“其他技术可能很敏感，但它们不能重新访问样本的同一区域，”张博士说。“ZEM使我们能够跟踪整个氢循环过程中的动态变化，这在氢材料研究中至关重要。”

研究表明，在早期循环中，氢优先填充现有的空位和空隙。随着循环的进行，氢转变为形成稳定的金属氢化物。

作者指出：“我们观察到两种不同的氢吸收行为，这在以前很难区分。”。

这项研究不仅揭示了氢的储存方式，还揭示了氢吸收与缺陷形成之间的因果关系。研究团队正在不断努力提高ZEM的灵敏度和空间分辨率。

“我们希望ZEM在未来成为揭示许多轻元素材料微观秘密的重要工具，”张志伟博士说。p