Surface Recombination of Hydrogen Atoms on Pyrex in Medium Pressure Hydrogen Plasma

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The probability of heterogeneous recombination of hydrogen atoms, γH , on the surface of a Pyrex tube in a direct current medium-pressure pure hydrogen (2–7 Torr) glow discharge was measured in dependence on the pressure and discharge current for two wall temperatures. It was found that there is no dependence of the recombination probability on the pressure and discharge current provided that the tube is pre-trained in a hydrogen discharge. During the tube training, γH decreases with a characteristic time to reach a steady-state value of ~30 minutes. Analysis of the possible recombination mechanism using quantum chemical methods revealed that the recombination of hydrogen atoms on the Pyrex surface is associated with OH radicals and oxygen vacancies on the surface, and the dynamics of γH can be explained by the recombination of surface OH radicals during tube training.

About the authors

I. I Ziganshin

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics; Lomonosov Moscow State University

Email: ilyaziganshin@gmail.com
Moscow, Russia

K. R Galiullin

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

D. V Lopaev

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics; Lomonosov Moscow State University

Email: d.lopaev@gmail.com
Moscow, Russia

E. A Kirillov

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics; Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

A. T Rakhimov

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics; Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

References

  1. Adamovich I., Agarwal S., Ahedo E., Alves L.L., Baalrud S., Babaeva N., Bogaerts A., Bourdon A., Bruggeman P.J., Canal C. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. P. 373001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac5e1c
  2. Alves L.L., Becker M.M., van Dijk J., Gans T., Go D.B., Stapelmann K., Tennyson J., Turner M.M., Kushner M.J. // Plasma Sources Sci. Technol. 2023. V. 32. P. 023001. https://doi.org/10.1088/1361-6595/acb810
  3. Turner M.M. // Plasma Processes Polymers. 2017. V. 14. P. 201600121. https://doi.org/10.1002/ppap.201600121
  4. Bonitz M., Filinov A., Abraham J.W., Balzer K., KUh-lert H., Pehlke E., Bronold F.X., Pamperin M., Becker M., Loffhagen D., Fehske H. // Front. Chem. Sci. Eng. 2019. V. 13. P. 201.
  5. Kim Y.C., Boudart M. // Langmuir. 1991. V. 7. P. 2999.
  6. Booth J.P., Guaitella O., Chatterjee A., Drag C., Guerra V., Lopaev D., Zyryanov S., Rakhimova T., Voloshin D., Mankelevich Y. // 2019. V. 28. P. 055005. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab13e8
  7. Gubarev V., Lopaev D., Zotovich A., Medvedev V., Krainov P., Astakhov D., Zyryanov S. //J. Appl. Phys. 2022. V. 132. P. 193301.
  8. Lopaev D.V., Mankelevich Y.A., Kropotkin A.N., Voloshin D.G., Rakhimova T.V. // Plasma Sources Sci. Technol. 2024. V. 33. P. 085002.
  9. Woodworth J.R., Riley M.E., Amatucci V.A., Hamilton T.W., Aragon B.P. // J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2001. V. 19. P. 45.
  10. Ziganshin I., Galiullin K.R., Lopaev D., Kirillov E.A., Rakhimov A.T. // Plasma Sources Sci. Technol. 2025. V. 34. P. 035007. https://doi.org/10.1088/1361-6595/adbc1b
  11. Trukhin A.N. // J. Non Crystal Solids. 1992. V. 149. P. 32.
  12. Lopaev D.V., Smirnov A.V. // Plasma Phys. Reps. 2004. V. 30. P. 882.
  13. Anon NIST Atomic Spectra Database. https://doi.org/10.18434/T4W30F
  14. Бровикова И.Н., Галнаскаров Э.Г., Рыбкин В.В., Бессараб А.Б. // Теплофизика высоких температур. 1998. Т. 37. С. 706.
  15. Smirnov K.S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 6929.
  16. Liu H., Kaya H., Lin Y.-T., Ogrinc A., Kim S.H. // J. American Ceramic Soc. 2022. V. 105. P. 2355.
  17. Ye X., Hu S., Zhang G., Yan Y., Sun Q., Hu Y. // J. Phys. Chem. C. 2025. V. 129. P. 231.
  18. Macko P., Veis P., Cernogora G. // Plasma Sources Sci. Technol. 2004. V. 13. P. 251.
  19. Afonso J., Vialetto L., Guerra V., Viegas P. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2023. V. 57. P. 04LT01. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad039b
  20. Rutigliano M., Gamallo P., Sayos R., Orlandini S., Cacciatore M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. V. 23. P. 045016.
  21. Karton A. //J. Phys. Chem. A. 2019. V. 123. P. 6720.
  22. Butera V. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2024. V. 26. P. 7950.
  23. Truhlar D.G., Klippenstein S.J. //J. Phys. Chem. 1996. V. 100. P. 12771. https://doi.org/10.1021/jp953748q
  24. Granovsky A.A. Firefly version 8.
  25. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. J. Comput. Chem. 1993. V. 14. P. 1347.
  26. Beletsan O.B., Gordiy I., Lunkov S.S., Kalinin M.A., Alkhimova L.E., Nosach E.A., Ilin E.A., Bespalov A.V., Dallakyan O.L., Chamkin A.A. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2024. V. 26. P. 13850.
  27. Bochenkova A.V., Firsov D.A., Nemukhin A.V. // Chem. Phys. Lett. 2005. V. 405. P. 165.
  28. Pritchard B.P., Altarawy D., Didier B., Gibson T.D., Windus T.L. // J. Chem. Information Modelling. 2019. V. 59. P. 4814.
  29. Burke K., Wagner L.O. // Int. J. Quantum Chem. 2013. V. 113. P. 96.
  30. Becke A.D. //J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648.
  31. Lee C., Yang W., Parr R.G. // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 785. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.785
  32. Caldeweyher E., Mewes J.-M., Ehlert S., Grimme S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 8499.
  33. Saitow M., Becker U., Riplinger C., Valeev E.F., Neese F. // J. Chem. Phys. 2017. V. 146. P. 164105. https://doi.org/10.1063/1.4981521
  34. Riplinger C., Sandhoefer B., Hansen A., Neese F. // J. Chem. Phys. 2013. V. 139. P. 134101. https://doi.org/10.1063/1.4821834
  35. Karton A. // J. Phys. Chem. A. 2019. V. 123. P. 6720.
  36. Neese F. // WIREs Computat. Molecular Sci. 2022. V. 12. P. e1606. https://doi.org/10.1002/wcms.1606
  37. Sandler I., Chen J., Taylor M., Sharma S., Ho J. // J. Phys. Chem. A. 2021. V. 125. P. 1553.
  38. Feller D., Peterson K.A. // J. Chem, Phys. 2007. V. 126. P. 114105.
  39. Ramabhadran R., Raghavachari K. // J. Comput. Chem. 2015. V. 37. P. 286. https://doi.org/10.1002/jcc.24050
  40. Denisov E.T. // Russian Chem. Revs. 2000. V. 69. P. 153.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».