氢气在锆表面和体相吸附扩散过程的第一性原理研究
朱洋，祁风雷，陈长琦，王玉青*，谢远来*
真空科学与技术学报，2025，第45卷，第9期，719-725页。
DOI:10.13922 / j.cnki.cjvst.202412013
Y.Zhu, F.L.Qi, C.Q.Chen, Y.Q.Wang*, Y.L.Xie*, The First-principles Study of Hydrogen Adsorption and Diffusion Processes on Zirconium Surfaces and in Bulk, Chin. J. Vac. Sci. Tech, 45,9,719-725(2025)
为解决氢在锆表面和体相吸附扩散机制尚不明晰的问题，文章基于第一性原理，对锆吸氢过程四个步骤（氢分子解离、氢原子吸附、氢原子表面扩散和渗透和氢原子在锆体相中的扩散）进行研究。利用攀爬轻推弹性带方法，计算得到氢沿特定扩散路径的能垒和不同路径对应的扩散系数。计算结果表明氢分子的解离过程存在约0.07 eV的能垒，解离后的氢原子倾向于吸附在锆表面的密排六方位点。氢原子从锆表面密排六方位点向面心立方位点扩散的能垒为0.31 eV，从表面面心立方位点向次表面的八面体位点扩散的能垒为0.85 eV，在体相中的四面体位点向八面体位点扩散的能垒为0.43 eV。对比发现，氢原子从锆表面向体相渗透的步骤是限制锆吸附氢的限速步骤。文章为锆基材料吸氢过程提供原子尺度的见解，为高性能吸气剂材料研发和核反应堆包层材料氢化控制提供理论参考。
谢远来研究员，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所中性束注入研究室主任，博士生导师。长期致力于磁约束聚变中性束（NBI）系统的关键技术研究，承担了国家重大科技技术设施、国家重点研发计划、中国科学院重要方向项目等的重要课题，先后完成EAST超导托卡马克NBI束线研制、CRAFT负源NBI束线研制。金属锆吸氢过程机理研究，可为聚变堆NBI研制耐中子辐照的大抽速非蒸散型吸气剂泵提供关键理论支撑。
王玉青，合肥工业大学机械工程学院副教授、硕导，工学博士、系统科学博士后，主持国家自然基金、国家重点研发计划子课题、安徽省自然基金、合肥市自然基金、中国博士后科学基金特别资助等项目十余项，担任国际期刊AJMP杂志社编委，以一作或通讯作者在 IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、Energy、Journal of Energy Storage 、Applied Surface Science、ACS Applied Nano Materials、Vacuum、JVSTB、PRE、Chaos、EPJP 等国际学术期刊发表40篇学术论文，出版科研专著1部，授权专利6项、软著2项。
《真空科学与技术学报》是由中国真空学会主办，中国科学技术协会审定的国家级自然科学技术刊物，被中国科技核心期刊目录、北大核心期刊目录、Scopus数据库收录，是中国科学引文数据库来源期刊。学报刊发真空获得、改进、检测、应用的中文及英文研究论文，涉及物理、化学、工程、材料、生物等多学科的交叉。2025年1月，学报成立第十届编委会，现任主编为东北师范大学刘益春院士。50人的编委队伍有两院院士5人，国家级领军人才30余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
排版：许 凡
审核：霍婧婷