Введение
Металлический палладий
Гидрид палладия — это металлический палладий, содержащий водород в своей кристаллической решетке. Вопреки названию, это не ионный гидрид, а сплав палладия с металлическим водородом, который можно представить формулой PdH. При комнатной температуре гидриды палладия могут существовать в виде двух кристаллических фаз: α и β (также называемых α'). Чистая α-фаза наблюдается при x < 0,017, а чистая β-фаза — при x > 0,58; промежуточные значения x соответствуют смесям α и β. Поглощение водорода палладием является обратимым, что обусловило исследования в области хранения водорода. Палладиевые электроды использовались в некоторых экспериментах по холодному синтезу, основываясь на теории о том, что водород может быть "сжат" между атомами палладия, способствуя его термоядерному синтезу при температурах ниже обычных.
Palladium hydride is palladium metal with hydrogen within its crystal lattice. Despite its name, it is not an ionic hydride but rather an alloy of palladium with metallic hydrogen that can be written PdH. At room temperature, palladium hydrides may contain two crystalline phases, α and β (also called α′). Pure α phase exists at x < 0.017 while pure β phase exists at x > 0.58; intermediate x values correspond to α β mixtures. Hydrogen absorption by palladium is reversible and therefore has been investigated for hydrogen storage. Palladium electrodes have been used in some cold fusion experiments, under the theory that hydrogen can be "squeezed" between palladium atoms to help it fuse at lower temperatures than normal.
История
Поглощение водорода палладием впервые было отмечено Т. Грэмом в 1866 году, а поглощение электролитически полученного водорода, при котором водород абсорбировался в палладиевый катод, впервые было задокументировано в 1939 году. Водород может абсорбироваться в металлический гидрид и затем десорбироваться обратно в течение тысяч циклов. Исследователи ищут способы увеличить срок полезного использования палладия для хранения.
Эффект размера
Поглощение водорода приводит к образованию двух различных фаз, обе из которых содержат атомы палладия в гранецентрированной кубической (fcc, rocksalt) решетке, имеющей ту же структуру, что и чистый палладий. При низких концентрациях, вплоть до PdH, палладиевая решетка незначительно расширяется, с 388,9 пм до 389,5 пм. При превышении этой концентрации появляется вторая фаза с постоянной решетки 402,5 пм. Обе фазы сосуществуют до состава PdH, после которого альфа-фаза исчезает. Поглощение водорода является обратимым процессом, и водород быстро диффундирует по металлической решетке. Металлическая проводимость снижается при поглощении водорода, пока при концентрации около PdH твердое тело не становится полупроводником. Кроме того, незаполненные состояния палладия, расположенные ниже уровня Ферми, также смещаются в сторону более низких энергий в присутствии водорода.
Сверхпроводность
PdH — сверхпроводник с температурой перехода T около 9 К при x = 1. (Чистый палладий не является сверхпроводящим.) Падения сопротивления на кривых зависимости от температуры наблюдались при более высоких температурах (до 273 К) в богатом водородом (x ~ 1) нестехиометрическом гидриде палладия и интерпретировались как сверхпроводящие переходы. Эти результаты подверглись сомнению и пока не были подтверждены. Значительным преимуществом гидрида палладия перед многими другими гидридными системами является то, что для достижения сверхпроводимости гидриду палладия не требуется высокое давление. Это упрощает измерения и предоставляет больше возможностей для проведения различных видов исследований (для сверхпроводимости многих сверхпроводящих материалов требуется экстремальное давление порядка 100 ГПа). Причина такого поведения и особенности структуры тримеров были проанализированы.