El ion hidruro como donante de fotoelectrones en el cristal microporoso

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• La fotoquímica es la fotoquímica.

Sus antecedentes:

• El cristal 12CaO.7Al2O3 (C12A7) posee jaulas de tamaño subnanométrico capaces de acomodar iones.
• El tratamiento térmico en una atmósfera de hidrógeno introduce iones hidruro (H-) en estas jaulas.
• Comprender el comportamiento de las especies atrapadas bajo estímulos externos es crucial para el desarrollo de materiales.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la foto-disociación de los iones hidruro en los cristales C12A7.
• Para caracterizar el hidrógeno atómico resultante (H0) y los electrones atrapados (centros F +).
• Explorar las implicaciones de los electrones atrapados en las propiedades eléctricas de C12A7.7.

Principales métodos:

• Se empleó la espectroscopia de Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR) para detectar y analizar el hidrógeno atómico y los electrones atrapados.
• Los experimentos se llevaron a cabo a temperaturas criogénicas (4 K) bajo iluminación UV (λ ≈ 330 nm).
• Se realizaron estudios de recocido a 300 K para observar la estabilidad de las especies generadas.

Principales resultados:

• La iluminación UV del C12A7 tratado con hidrógeno dio como resultado la generación de hidrógeno atómico (H0) y electrones atrapados (centros F +) en una proporción de casi 1: 1.
• La relación 1:1 observada proporciona evidencia directa de la reacción de foto-disociación: H- → H0 + e- (F+).
• Tras el recocido a 300 K, el hidrógeno atómico fue completamente aniquilado, mientras que aproximadamente el 60% de los electrones atrapados persistieron.

Conclusiones:

• Los iones hidruro en C12A7 pueden ser efectivamente disociados en hidrógeno atómico y electrones por luz UV.
• Los electrones atrapados sobrevivientes contribuyen a la conductividad eléctrica de C12A7 al saltar entre las jaulas.
• La división hiperfina de los espectros EPR sugiere que el hidrógeno atómico está atrapado en sitios intersticiales dentro de la estructura cristalina C12A7.