Nanoscale Probing of Broken-Symmetry States in Graphene Induced by Individual Atomic Impurities
系统的固有对称性导致其能谱的多重简并。引入单个原子杂质可以局部打破这些对称性，这有望提升杂质周围的简并自由度。尽管对我们理解固体的基本性质至关重要，但由单个原子杂质引起的对称性破缺状态迄今为止还无法观测到。在这里，我们报告了由两种类型的单个原子杂质诱导的石墨烯中对称性破缺状态的纳米级探测，即，分离的氮掺杂剂和分离的氢原子化学吸附在石墨烯上。我们的实验表明，这两种类型的原子杂质可以局部打破石墨烯的亚晶格对称性，并产生谷偏振态，它延伸周围的杂质几个纳米。对于化学吸附在石墨烯上的孤立的氢原子，由于氢化学吸附引起的石墨烯的sp3畸变引起的增强的自旋-轨道耦合进一步提升了自旋简并，导致在氢原子周围约1 nm内的完全自旋和谷极化状态。我们的研究结果为在纳米尺度上控制各种原子杂质的对称性破缺态铺平了道路。
2020-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen trapping in sub-stoichiometric niobium and vanadium carbide precipitates in high-strength steels
McGill University（麦吉尔大学）
本研究通过第一性原理计算揭示了高强度钢中铌和钒碳化物亚化学计量沉淀中氢捕获与扩散的机制，为提高钢的抗氢致脆化能力提供理论支持。
2025-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Chemomechanical Origin of Hydrogen Trapping at Grain Boundaries in FCC Metals
金属的氢脆现象被广泛观察到，但其原子起源仍然知之甚少，争论颇多。通过多面体镶嵌和第一性原理计算，结合一个独特的识别间隙网站，我们研究了氢吸附在晶界上的各种面心立方金属镍，铜，γ-铁和钯。我们发现了间隙氢在晶界吸附能的变化的化学力学起源。建立了一个通用的化学力学公式，以提供准确的评估氢捕获和偏析的能量在晶界，它也提供了直接的解释某些实验观察。目前的研究加深了我们的晶界在氢脆中的作用机理的理解，并承诺一个可行的路径预测微观结构工程对氢脆的结构金属。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of hydrogen diffusion and trapping in ferritic steels containing (Ti,Cr)C particles using electrochemical permeation and thermal desorption spectroscopy
本文通过电化学渗透和热脱附谱结合有限元拟合，研究含(Ti,Cr)C颗粒铁素体钢的氢捕获行为，发现细小颗粒显著减缓氢扩散，并指出捕获参数拟合存在非唯一性问题。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Vacancies on Hydrogen Mobility and Trapping in Elemental Fe and Cr: A DFT and kMC Study
Material Science Group, Indira Gandhi Centre for Atomic Research（印度核研究中心原子研究中心材料科学组）；HBNI（印度巴巴原子研究所）
通过DFT和kMC多尺度方法，研究了空位对BCC Fe和Cr中氢迁移和捕获的影响，发现Cr中氢捕获更强，空位显著降低氢迁移率并增加有效活化能。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen trapping and interfacial decohesion at the α-Al2O3(0001)/Fe(110) interface
Center for Advanced Research of Energy and Materials, Faculty of Engineering, Hokkaido University（北海道大学工学部能源材料高级研究中心）
利用密度泛函理论系统研究了α-Al2O3(0001)/Fe(110)界面的热力学稳定性、氢捕获能量学及氢致脱聚，发现氢在Fe-hollow位点最稳定，且随浓度增加解理能单调下降至负值，揭示了保护性氧化皮层的原子级退化机制。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the effect of grain boundary diffusivity and trapping on hydrogen transport using a phase-field compatible formulation
本研究提出一种与相场法兼容的全动力学公式，用于模拟氢扩散与晶界捕获，发现在外部浓度梯度下晶界捕获与扩散协同增加氢通量，而晶界扩散率是决定氢保留的关键。
2024-12-25 cond-mat.mtrl-sci
The effect of grain boundary misorientation on hydrogen flux using a phase-field based diffusion and trapping model
本文通过相场代表性体积单元模型研究晶界取向差对氢扩散与俘获的影响，揭示晶界密度、俘获结合能及网络连通性对氢通量和渗透行为的作用机制。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Structural Evolutions of Hydrogenated Graphene Probed by Raman Spectroscopy
利用多重激发拉曼光谱研究了氢化石墨烯的电子结构和结构演化。揭示了依赖于激发能的饱和效应对D模和G模积分强度之比（ID/IG）的影响，并进一步发展为一种快速估算氢化石墨烯中缺陷间距离和缺陷密度的方法。在低氢覆盖率下，氢原子的化学吸附行为类似于sp2 C=C基体中的缺陷;而在高氢覆盖率下，sp3 C-H键成为聚结团簇，导致对sp2 C畴的限制效应。电子结构的变化所造成的不同的氢覆盖证明了由激发能依赖的红移的D和2D带。我们的研究结果提供了一个有用的指导，开发氢化石墨烯的应用，以及使用拉曼光谱作为快速测量的缺陷密度，在进一步探索其他种类的石墨烯衍生物。
2010-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Trapping and Embrittlement in Metals -- A Review
本综述梳理了金属氢脆的影响因素、机制、氢吸收调控与氢捕获表征技术，介绍了利用氢捕获降低氢脆敏感性的研究，提出了抗氢脆合金开发等未来研究方向。
2024-04-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Predictive Model of Hydrogen Trapping and Bubbling in Nanovoids in BCC Metals
氢和纳米空隙之间的相互作用，尽管长期以来被认为是结构材料中氢致损伤的一个中心方面，但仍然知之甚少。以钨为模型BCC体系，本研究首次明确地证明了氢原子在具有不同能级的纳米空隙Wigner-Seitz平方上的连续吸附。纳米孔洞表面氢吸附原子间的相互作用主要为两两幂律排斥。建立了氢原子在纳米孔洞中吸附构型和能量的预测模型。这个模型，进一步结合氢气的状态方程，使预测氢分子形成的纳米空隙。基于预测模型进行了多尺度模拟，结果与实验吻合良好。这项工作澄清了基础物理学，并为纳米空隙中的氢捕获和气泡提供了全面的预测模型，为理解结构材料中氢致损伤提供了长期寻求的机制见解。
2018-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Analysis of hydrogen permeation tests considering two different modelling approaches for grain boundary trapping in iron
电化学渗透试验是表征氢在金属中扩散的最常用方法之一。在氧化池中记录的氢原子的通量可以被拟合以获得表观扩散系数。该系数的大小对氢辅助的断裂或疲劳现象的动力学具有决定性影响，并且在很大程度上取决于微观结构陷阱中的氢保留。为了改进扩散系数的数值拟合，使用考虑两种方法的FEM模拟再现渗透试验：连续体1D模型，其中陷阱密度，结合能和输入晶格浓度是关键变量，并且明确地模拟了其中在晶界处捕获的多晶模型，包括与晶体内部不同的偏析因子和扩散系数。谷物结果表明，连续介质模型能捕捉到捕获延迟，但需要对连续介质模型进行修正，以模拟捕获延迟对稳态通量的影响。渗透行为可以根据与菲克扩散的偏离而根据不同的制度进行分类。多晶合成渗透显示出强烈的影响偏析的输出通量的大小。这种方法也能够模拟短路扩散现象。利用拟合的表观扩散系数比较了不同晶粒尺寸和晶界厚度下的记录通量与陷阱特征参数之间的关系。
2019-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen atom/molecule adsorption on 2D metallic porphyrin: A first-principles study
氢是一种在新能源如燃料电池中有应用前景的元素。这种应用的一个关键问题是储存氢。而且，为了提高存储容量，理解氢与可能的存储材料之间的相互作用机制至关重要。本文采用密度泛函理论（DFT）模拟研究了H/H $_2$在中心含一个过渡金属的二维金属卟啉上的吸附机理。我们的研究结果表明，H（H $_2$）的吸附机理是化学吸附（物理吸附）。嵌入钒或铬原子的二维卟啉对氢原子的最大吸附能为$-3.7$ eV。我们的结果还揭示了上$-0.43$ e向化学吸附的H原子的电荷转移。与此相反，分子氢的最大吸附能计算为$-122.5$毫电子伏嵌入钪原子的二维卟啉。此外，电荷转移是最小的物理吸附。最后，我们还确定了单轴应变对二维金属卟啉的吸附性质的影响最小。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen on graphene under stress: Molecular dissociation and gap opening
采用密度泛函方法研究了氢在石墨烯上的分子解离、化学吸附原子物种的扩散以及由此产生的氢在石墨烯系统上的电子性质。我们的研究结果表明，对石墨烯衬底施加应力可以将分子氢解离的势垒降低六倍，并将该过程从吸热转变为放热。与零应力值不同，这些势垒和反应热值与实验中观察到的时间尺度是相容的。另一方面，扩散不会因应力而发生很大的变化。我们分析了石墨烯单层上氢原子的分子解离和吸附相关配置的电子结构。绝对带隙为0.5 eV的平衡最佳配置的覆盖范围很窄（$θ\approx 0.25$）。该值与实验[Elias等人，Science { \bf 323}，610（2009）]。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Isotope Trapping in Al-Cu Binary Alloys
研究了Al-XCu（0.0at. % <X <3.5原子%）使用热脱附光谱（TDS）、电导率和差示扫描量热法研究合金。用恒定升温速率TDS测定了微结构陷阱能和占位率。除了文献中报道的纯Al中的捕获状态（间隙晶格位点、位错和空位）之外，还观察到由于Al-Cu金属间化合物沉淀物引起的捕获位点。该沉淀陷阱的结合能为（$18\pm3$）kJ $\cdot$ mol $^{-1}$（$0.19 \pm 0.03$ eV）。该阱的典型占有率高;对于Al-2.6at. %在200 ° C下用130 MPa D $_2$充入Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）68天后，存在约0.5%的Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）。每摩尔Al有$3.15\times10^{-7}$摩尔D结合到沉淀物捕集器上，占带电样品中D的三分之一。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Basal Plane Hydrogenation of Graphene
我们报道了单层石墨烯与氢原子的化学反应，所述氢原子是通过电子诱导的氢倍半硅氧烷（HSQ）解离原位产生的。氢化，在石墨烯的基面上形成sp3 C-H官能团，单层比双层以更高的速率进行，证明了单层石墨烯的增强的化学反应性。在300 K下，单层上的净H原子粘附概率至少为0.03，这超过双层的至少15倍。化学吸附的氢原子在100~200 ℃的温度下热退火可使其脱离，并产生明显的拉曼D带。当光热加热时，所得到的脱氢石墨烯被“活化”，其可逆地结合环境氧，导致石墨烯的空穴掺杂。石墨烯的这种功能化可以用来操纵石墨烯器件的电子和电荷传输特性。
2008-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Atoms on Zigzag Graphene Nanoribbons: Chemistry and Magnetism Meet at the Edge
尽管石墨烯之字形边缘的非常规$π$磁性具有广泛的应用前景，但它是否以及在多大程度上在其化学中发挥作用仍然知之甚少。在这里，我们研究了添加氢原子$-$最简单的实验相关的吸附物$-$的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）。我们发现，$π$ -磁性管辖的ZGNRs的化学，引起一个网站依赖的碳原子的反应性和驱动氢化过程的纳米边缘。相反，化学吸附的氢原子控制ZGNR的$π$磁性，在反铁磁基态中充当自旋- $\frac{1}{2}$顺磁中心，并在能带极值处使载流子自旋极化。我们的研究结果建立了一个全面的图片之间的特殊相互作用的化学和磁性出现在锯齿形边缘的石墨烯。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Laser Shock Peening in Hydrogen Environments: Coupled Stress Transport Trapping Mechanisms and Application Gaps
HiLASE Centre, Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所 HiLASE 中心）
本综述将激光冲击强化视为氢环境中受耦合应力与氢输运捕获机制调控的表面层设计策略，指出压缩残余应力可抑制氢致裂纹，并识别出应力-缺陷结构与氢辅助疲劳裂纹扩展缺乏定量关联及冲击韧性数据缺失两大应用缺口。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Quantum rate theory of the trapping of hydrogen and deuterium by a vacancy in iron
我们应用量子速率理论来计算过渡率的氢或氘原子逃逸到一个邻近的亚稳站点的铁空位陷阱。我们确定过渡率和相应的活化能在很宽的温度范围内，涵盖量子和经典为主的制度。我们发现量子效应导致跃迁速率活化能的增加和过渡态分界面的非常显著的再交叉。由于量子过渡态理论对质子转移速率的估计过高，超过了一个数量级，而对氘核转移速率的估计则过高了两倍。
2014-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Diffusion and Trapping in α-Iron: The Role of Quantum and Anharmonic Fluctuations
考虑到质子的量子涨落以及晶格振动和氢跳跃的非谐性，我们研究了磁性α-铁中氢间隙原子的热力学和动力学.我们表明，氢在体心立方铁晶格中的扩散系数偏离强烈的阿克瑞斯行为在室温及以下。我们比较了量子过渡态理论，明确的环聚合物分子动力学在计算扩散率，我们发现，声子的作用是抑制，而不是增强，扩散率在中间温度下，通常的极化子图片的跳跃。然后，我们解决了捕获的氢作为一个原型的晶格缺陷的空缺。通过思想实验中的一系列步骤，每个步骤都涉及热力学积分，我们能够将质子与缺陷的结合自由能分成谐波和非谐波，经典和量子贡献。我们发现，约30%的典型的结合自由能的氢在铁的晶格缺陷占有限的温度效应，其中约一半来自量子质子波动。这对于热脱附和渗透实验与标准电子结构理论之间的比较具有巨大的意义。对于μ子自旋共振实验的解释，其影响甚至更大。
2018-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Cluster dynamics modeling of hydrogen saturation retention in tungsten with a universal trapping-site sink strength
提出随时间变化的通用俘获位点汇强度模型并纳入团簇动力学，定量再现钨中氘滞留饱和及深度分布，揭示临界注量下晶界与缺陷的主导机制转变。
2025-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale control of graphene magnetism using hydrogen atoms
吸附在石墨烯上的孤立的氢原子被预测会引起磁矩。在这里，我们证明了一个单一的氢原子吸附在石墨烯诱导的磁矩的特点是一个~20 meV的自旋分裂状态在费米能量。我们的扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，表明这种自旋极化状态基本上是本地化的碳亚晶格互补的H原子被化学吸附。这种原子调制的自旋织构，从H原子延伸到几纳米之外，在异常长的距离上驱动磁矩之间的直接耦合。利用STM针尖以原子精度操纵H原子，我们证明了定制所选石墨烯区域磁性的可能性。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A quantitative phase-field model for grain boundary trapping and diffusion of hydrogen
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, KU Leuven（荷语鲁汶大学工程学院材料工程系）；Department of Computer Science, Faculty of Engineering Science, KU Leuven（荷语鲁汶大学工程科学学院计算机科学系）
该研究提出定量相场模型，揭示晶界捕集与扩散对氢输运的耦合影响，证明晶界扩散可显著改变TDS峰，使Kissinger分析失效，并强调晶粒尺寸、温度等因素对有效扩散系数的重要作用。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Unified Mechanism for Hydrogen Trapping at Metal Vacancies
氢与金属之间的相互作用是许多具有科学和技术重要性的材料问题的核心。其中最主要的是H存储和H抗性材料的开发。H在晶格缺陷（包括空位、位错、晶界等）处的偏析或捕获在决定这些材料的性质中起着至关重要的作用。在这里，通过第一性原理模拟，我们提出了一个统一的机制，涉及电荷转移引起的应变不稳定理解H偏析行为的空缺。我们发现，H更喜欢占据具有高的预先存在的电荷密度和可用性，这样的材料设置在一个空缺的H陷阱容量的限制。一旦达到最大H容量，主要电荷供体从最近邻（NN）金属原子切换到次最近邻（NNN）金属原子。伴随着这种长程电荷转移，将发生显著的重组能，导致H-空位复合物的不稳定性。这里公布的物理图像似乎在BCC系列中具有普遍性，并且被认为也与其他金属/缺陷有关。从这项研究中获得的见解，预计将有重要的影响，H存储和H-电阻材料的设计。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Cohesive zone modelling of hydrogen assisted fatigue crack growth: the role of trapping
研究了氢辅助疲劳裂纹扩展过程中微观结构陷阱的影响。为此，一个新的配方相结合的多陷阱应力辅助扩散，基于机制的应变梯度塑性和氢和疲劳相关的凝聚区模型，并进行了数值实现。结果表明，加载频率与有效扩散系数的比值控制疲劳裂纹扩展行为。增加不参与断裂过程的\emph{beneficial}陷阱的密度，导致较低的疲劳裂纹扩展速率。加载频率和碳化物陷阱密度的组合，最大限度地减少脆化敏感性被确定，耐氢合金的合理设计提供了基础。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Vacancy trapping behaviors of hydrogen atoms in Ti3SiC2: a first-principles study
采用第一性原理方法研究了氢在MAX相材料Ti3SiC2中的行为。我们发现，一个单一的H原子更喜欢留在1.01欧姆以下的Si空位与解决方案的能量约为-4.07 eV，低于体Ti3SiC2。多个H原子在Si空位处表现出排斥作用。最多可捕获5个H原子而不形成H2分子。这些结果表明，H原子在Ti3SiC2中具有很强的空位捕获特性。同时，H原子从间隙位向空位扩散的势垒为1.17 eV，远大于金属中的势垒，表明在一定程度上H原子不易在Ti3SiC中迁移或聚集形成气泡.
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hydrogen trapping at surface and subsurface vacancies of low-index surfaces of Pd
用密度泛函理论（DFT）方法研究了氢在Pd（111）和（100）面的表面和次表面层中对空位的偏聚.计算了各种H原子团簇在空位上的吸附能和构型。空位中不同位置的吸附能随到表面的距离从-0.26 eV（接近体团簇的吸附能）到-0.62 eV而变化。增强结合被发现的网站以上的孔隙产生的空缺在次表层。对于（111）面空位，最有利于偏析的是四面体空位，而对于（100）面空位，八面体空位具有较高的结合能。晶格弛豫效应对（111）面较小，但对（100）面显著增强。氢向表面层空位的偏聚伴随着最小的电荷转移，这表现为团簇构型。在高的表面覆盖率的团簇形成能量的减少，由于H偏析应导致强烈扩大的浓度的亚表面空位团簇，而表面保持未损坏，由于占主导地位的表面吸附。
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci
The Trapping and Characterization of a Single Hydrogen Molecule in a Continuously Tunable Nanocavity
利用扫描隧道显微镜（STM-IETS）和密度泛函理论（DFT）计算，研究了单个H2分子在具有可控形状和STM针尖与Au（110）表面间距的纳米腔中的性质. STM针尖不仅用于表征，而且直接参与分子化学环境的修饰。H2的键长在顶腔中扩展，当间隙关闭时有解离的趋势，而在槽腔中保持不变。在相同的设置中两个基本上不同的腔的可用性允许理解H2在贵金属表面上的吸附，并通过设计设置用于操纵单个化学键的路径。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Transforming Acidic Corrosion and Embrittlement into a Hydrogen-Trapping Cage
State Key Laboratory of High Pressure and Superhard Materials, Synergetic Extreme Condition High-Pressure Science Center, College of Physics, Jilin University（吉林大学物理学院高压与超硬材料国家重点实验室协同极端条件高压科学中心）；Key Laboratory of Material Simulation Methods and Software of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University（吉林大学物理学院教育部材料模拟方法与软件重点实验室）；State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学材料行为力学国家重点实验室）；Spallation Neutron Source Science Center, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院高能物理研究所散裂中子源科学中心）；Key Laboratory of Functional Materials and Devices for Informatics of Anhui Educational Institutions, Fuyang Normal University（阜阳师范大学安徽省教育信息化功能材料与器件重点实验室）；Department of Physics, College of Science, Yanbian University（延边大学理学院物理系）
通过将酸性腐蚀和氢脆转化为氢捕获笼策略，实现金属中氢的高效捕获与稳定，合成多种氢化物并展示其在氨合成中的优异催化性能。
2026-01-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al-alloys
对交通运输温室气体排放的越来越严格的规定促使人们重新审视用于车辆的材料。飞机上常用的高强度铝合金可以帮助减轻汽车的重量，但容易受到环境退化的影响。氢（H）“脆化”通常被认为是主要的罪魁祸首，然而，支撑失效的机制是难以捉摸的：对合金中H的原子尺度分析仍然是一个挑战，这阻碍了部署合金设计策略来提高材料的耐用性。在这里，我们成功地进行了近原子尺度的分析H捕获在第二相粒子和晶界的高强度7 xxx铝合金。我们用这些观察结果来指导原子从头计算表明，合金元素和H的共偏析有利于晶界脱粘，而到第二相中的H的强分区从基体中除去溶质H，从而防止H-脆化。我们的见解进一步推进了对铝合金中氢辅助脆化的机理理解，强调了氢陷阱在延缓开裂和指导新合金设计中的作用。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of hydrogen permeation through pure iron for trapping and surface phenomena characterisation
需要能够预测氢在应力集中区和裂纹尖端附近的局部积聚的数值模型，以防止和减轻钢中的氢辅助断裂。为了准确模拟氢的输运过程，通常需要通过电渗透试验来表征金属中的俘获参数。为了研究渗透过程中的晶粒尺寸的影响和晶界捕获，两种建模方法进行了探索;一个一维有限元模型，包括陷阱密度和结合能作为输入参数和多晶模型的基础上分配的较低的扩散率和溶解度的晶界。纯铁样品经过两种不同的热处理-950 ℃ 40分钟和1100 ℃ 5分钟-进行测试，应用三个连续的上升渗透步骤和三个衰减步骤。实验结果表明，由于晶界捕获，更细的晶粒组织促进扩散延迟。陷阱密度和结合能的测定通常的方法被重新考虑，在限制稀释和饱和的情况下被认为是。为此，表观扩散系数拟合，包括边界条件的影响，并提供恒定浓度与恒定通量假设的比较结果。晶粒边界的特点是纯铁与37.8和39.9千焦/摩尔之间的结合能和低陷阱密度，但它的数值表明，饱和或稀释的假设并不总是验证，和一个单一的确定捕获参数需要更广泛的充电条件渗透。研究了表面参数，即充电电流、复合电流和表面浓度之间的关系。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Examination of Hydrogen Evolution Bubble Trapping in Ordered Porous 3D Printed Metal and Metal Oxide-Coated Microlattice Electrodes
University College Cork（科克大学）；Trinity College Dublin（都柏林三一学院）
本研究通过3D打印技术制备有序多孔金属及氧化物涂层微晶格电极，探讨其在氢气析出反应中气泡捕获与传输特性，发现小气泡传输高效但大尺寸气泡传输受限。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo method modeling supported metal catalysis: Ni(111) converting adsorbed formyl 'en route' to hydrogen
本文利用量子蒙特卡罗方法和嵌入式活性位点模型，研究Ni(111)表面吸附甲酰基的C-H键解离及氢气生成机理，弥补Hartree-Fock和DFT方法在断键描述上的不足。
2023-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study of hydrogen diffusion in polycrystalline Nickel
Ansys UK Ltd（安斯英国有限公司）；Ansys Inc（安斯公司）
本研究通过多尺度建模方法，利用第一性原理计算和动力学蒙特卡洛模拟，研究多晶镍中氢的扩散行为，揭示晶界对扩散系数的影响。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of lattice locations of deuterium in tungsten and its application for predicting deuterium trapping conditions
针对聚变堆钨中氢同位素滞留的安全问题，提出结合第一性原理计算与NRA/C谱模拟的方法，可通过氘晶格位置变化确定其俘获条件的具体信息。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating off-lattice kinetic Monte Carlo simulations to predict hydrogen vacancy-cluster interactions in $α$-Fe
本文提出一种增强的非格点动力学蒙特卡洛方法，通过对称等价环境分类减少冗余鞍点搜索，研究α-Fe中氢与多空位团簇的相互作用，发现氢可提高大团簇扩散率并揭示新的扩散机制。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A nuclear-quantum-corrected machine-learning potential reveals quantum-enhanced hydrogen segregation at general grain boundaries in alpha-iron
Nippon Steel Corporation（日本钢铁株式会社）
该研究开发核量子修正的机器学习势NQC-PACE，通过巨正则模拟发现α-铁一般晶界处氢偏聚因核量子效应显著增强，为含轻元素量子效应的材料大规模分析提供了方法
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Chemical Short-Range Order Regulates Hydrogen Energetics and Hydrogen-Dislocation Interactions in CoNiV
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过机器学习势函数揭示CoNiV中短程有序对氢能学和位错行为的调控作用，发现钒中心有序抑制钒-钒聚集并重塑氢溶解景观，降低氢渗透能力。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen in $α$ iron: modification of elastic properties and solubility in strain fields
采用\textit{ab initio}密度泛函理论研究了间隙氢对$α$ -Fe弹性性能的影响.我们发现，虽然整体强度性能降低H，效果主要是由于产生的局部体积膨胀。我们使用这些浓度依赖的弹性模量模型的均匀应变场对H的溶解度的影响，并作出外推的H-溶解度在空间变化的应变场的现实位错。我们发现，H被强烈捕获的位错的边缘和螺旋品种，导致一个显着的增加，在当地的H浓度附近的位错核心。的应变依赖性的解决方案的能量导致的H附近的位错核心的积累，以及我们的计算预测的弹性模量的减少，是一致的与许多实验研究表明，H附近的位错的捕获起着重要的作用，在铁和钢的脆化。
2012-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Solute hydrogen and deuterium observed at the near atomic scale in high-strength steel
观察物质中的溶质氢（H）是一项艰巨的挑战，然而，在原子尺度上实现H的定量成像对于了解其对许多金属合金的机械强度的有害影响至关重要，这些金属合金导致了许多工程零件和结构的灾难性故障。在这里，我们报告的氢（H）和氘（D）的APT分析的纳米结构的超高强度钢具有高抗氢脆。冷拉严重变形珠光体钢丝（Fe-0.98C-0.31Mn-0.20Si-0.20Cr-0.01Cu-0.006P-0.007S重量%，ε=3.1）中含有合金预变形时分解的铁素体和铁素体。我们发现H和D内分解的铁素体，并在一些界面与周围的铁素体。为了确定APT中获得的H/D信号的来源，我们探索了一系列实验工作流程，包括低温样品制备和从制备到最先进的原子探针的低温真空转移。我们的研究指出了制备的关键作用，即在电化学抛光过程中H-捕获位点的可能饱和，如何通过使用除气处理，低温制备和充电前转移来缓解这些问题。在低于化学计量比的碳化物中容纳大量的H可能解释珠光体对氢脆的抗性。
2020-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Effects of mechanical stress, chemical potential, and coverage on hydrogen solubility during hydrogen-enhanced decohesion of ferritic steel grain boundaries: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究铁素体钢两类对称倾转晶界中应力、化学势和覆盖度对氢溶解度及氢致脱聚的影响，发现应力可促使氢向更强晶界重新分布，并分析了C、V、Cr、Mn合金元素的作用，为抗氢脆微观结构设计提供依据。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Chemical heterogeneity enhances hydrogen resistance in high-strength steels
本研究提出利用微观结构中的化学异质性（富锰区）局部增强抗裂性和氢捕获能力，使高强度钢的抗氢脆性能提升两倍，且不损失强度与延展性。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
MoS$_{2}$ nanosheets incorporated α-Fe$_{2}$O$_{3}$/ZnO nanocomposite with enhanced photocatalytic dye degradation and hydrogen production ability
我们通过水热法合成了MoS $_{2}$掺入$α$ $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO纳米复合材料。研究了超声剥离的MoS $_{2}$对$α$ -Fe $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO纳米复合材料光催化性能的影响.的纳米材料的结构，形态和光学特性进行了研究，通过执行Rietveld细化的粉末X射线衍射图，场发射扫描电子显微镜和紫外-可见光谱。光致发光光谱的纳米复合材料表明，光生电子-空穴对的复合被抑制，由于纳入MoS $_{2}$纳米片。超声处理后的MoS $_{2}$掺杂$α$ -Fe $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO纳米复合材料在太阳光照射下对RhB染料和抗生素环丙沙星的降解率分别为91%和83%。活性物种捕获实验表明，羟基自由基在RhB降解中起着重要作用。同样地，染料降解效率，即由该纳米复合材料通过光催化水分解产生的氢的量，也高于未超声处理的MoS $_{2}$结合的$α$ $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO和$α$ $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO纳米复合材料以及Degussa P25二氧化钛纳米颗粒.这表明将超声处理的MoS $_{2}$与$α$ -Fe $_{2}$ O $_{3}$ /ZnO纳米复合材料结合用于通过水裂解产生无碳氢的有希望的潜力。超声处理后的MoS $_{2}$引入到$α$ -Fe $_{3}$ /ZnO中，其光催…
2021-11-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stress-triggered atomic explosion of trapped hydrogen initiates crack nucleation
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院上海应用物理研究所）；University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
通过钨的等离子/离子辐照实验，发现捕获氢在无扩散氢条件下通过两阶段力化学断裂机制引发裂纹成核，颠覆了传统氢脆观点。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci
