Hydrogen Diffusion and Radiationless Electron Transfer in Metal Hydrides

Abstract

The activation energies of the radiationless electron transfer are calculated from the optical spectra of some Sc, Y, La, Lu, Nb, Pd, and Mg,Ni hydrides. These are practically the same with the values of the activation energies for hydrogen diffusion, pointing out to the importance of electron transfer from localized states to the conduction band in the mechanism of hydrogen diffusion. The exponential temperature dependence of the radiationless electron transfer probability together with vibrational tunneling a t low temperatures can account for the temperature dependence of H diffusion in the entire temperature range. A comparison between the electronic structures of NiH and PdH qualitatively explains the higher activation energy of H diffusion in Xi. Isotopic effects in Pd hydrides and a treatment based on Frenkel defects also support the proposed model. Es werden die Aktivierungsenergien der strahlungslosen Elektroneniibertragung &us den optischenSpektren einiger Sc-, Y-, La-, Lu-, Nb-, Pd-und Mg,Ni-Hydride berechnet. Sie sind praktisch gleich mit den Werten der Aktivierungsenergien der Wasserstoffdiffusion und zeigen die Bedeutung der Elektronenubertragang a m lokslisierten Zustanden in das Leitungsband fur den Mechanismus der Wasscrstoffdiffusion. Die exponentielle Temperaturabhangigkeit der strahlungslosen Elektronenubergangswahrscheinlichkeit zusammen mit den Tunneleffekt bei tiefen Temperaturen -kann fur die Temperaturabhingigkeit der Wasserstoffdiffusion im ganzen Temperaturbereich gelten. Ein Vergleich zwischen den Elektronenstrukturen von NiH und PdH erkliirt qualitativ die hohere Aktivierungsenergie der Wasserstoffdiffusion in Ni. Isotopie-Effekte in Pd-Hydride und die Analyse auf Grund von Frenkeldefekten unterstutzen gleichfalls das vorgeschlagene Modell.