Cette thèse est consacrée à l'étude de composés riches en magnésium innovants destinés au stockage solide de l'hydrogène. Le but est de déstabiliser l'hydrure de Mg et d'accélérer sa cinétique de sorption par des effets d'alliage et de nano-structuration. La première famille de composés concerne les phases pseudo-binaires Mg6Pd1-xMTx (MT = Ni, Ag, Cu). Leurs propriétés structurales et les effets de substitution du Pd ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et microsonde de Castaing. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'hydrogénation de ces matériaux ont ensuite été déterminées par réaction solide-gaz. Différents mécanismes d'hydrogénation sont mis en jeu en fonction de l'élément de substitution. La nature des phases formées lors de la réaction d'hydrogénation modifie la stabilité des systèmes métal-hydrogène. Ainsi, la transformation de métal à hydrure est caractérisée par au moins deux plateaux de pression. Le premier plateau a lieu à une pression proche de celle de Mg/MgH2, alors que le second se produit à pression plus élevée. La détermination des valeurs d'enthalpie et d'entropie de réaction ont permis de quantifier la déstabilisation atteinte. Les meilleures cinétiques de désorption sont obtenues pour l'alliage au Ni, grâce à l'effet catalytique de la phase Mg2NiH4 formée lors de l'hydrogénation. La seconde approche vise à combiner les effets d'alliage et de nano-structuration. Des nanoparticules de Mg6Pd atteignant des tailles aussi petites que 3 nm sont confinées dans des matrices carbonées nano-poreuses. En comparant leurs propriétés d'hydrogénation à celles de l'alliage massif équivalent, on démontre non seulement que la cinétique de (dés)hydrogénation des nanoparticules est bien plus rapide, mais aussi que leur état hydrogéné est déstabilisé. Enfin, des nano-composites MgH2-TiH2 ont été synthétisés par broyage mécanique sous atmosphère réactive. L'ajout d'un catalyseur (TiH2) et la nano-structuration du Mg permettent de considérablement accélérer les cinétiques d'absorption et désorption d'hydrogène dans le Mg. Afin de comprendre le rôle de la phase TiH2 sur les propriétés cinétiques remarquables de ces nano-composites, leurs propriétés structurales ont été déterminées par diffraction des rayons X et des neutrons. L'existence d'une interface cohérente entre les phases Mg et TiH2 est d'importance majeure pour faciliter la mobilité de H au sein du nano-composite. De plus, il est démontré que les inclusions de TiH2 freinent la croissance de grain de Mg/MgH2, permettant ainsi de maintenir la nano-structuration des composés lors de leur cyclage / This thesis is dedicated to the study of novel magnesium-rich compounds for solid state hydrogen storage. The aim is to destabilize Mg hydride and accelerate its sorption kinetics by alloying and nanostructuration. The first family of compounds concerns the Mg6Pd1-xTMx (TM = Ni, Ag, Cu) pseudo-binary phases. Their structural properties and the effects of Pd substitution have been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and electron microprobe analyses. Their thermodynamics and kinetics of hydrogenation have been determined by solid-gas reaction. Different hydrogenation mechanisms take place depending on the substituting element. The stability of the metal-hydrogen system is altered by the nature of the phases formed during hydrogenation reaction. Thus, metal to hydride transformation is characterized by at least two absorption plateau pressures. The pressure of the first plateau is similar to that of Mg/MgH2 while the second one occurs at higher pressure. The enthalpy and entropy of reaction are determined to quantify the destabilizing effect of Pd by TM substitution. Best desorption kinetics are found for the Ni containing alloy thanks to the catalytic effect of the Mg2NiH4 phase formed on hydrogenation. The second approach aims to combine alloying with nanostructuration effects. Nanoparticles of Mg6Pd as small as 3 nm are confined into nanoporous carbon matrix. By comparing their hydrogenation properties with those of the bulk alloy, we demonstrate that not only the (de)hydrogenation kinetics are much faster for the nanoparticles, but also that their hydrided state is destabilized. Finally, MgH2-TiH2 nanocomposites were synthesized by mechanical milling under reactive atmosphere. The addition of a catalyst (TiH2) and Mg nanostructuration allow strongly accelerating the sorption kinetics of hydrogen in Mg. To understand the role of the TiH2 phase on the outstanding kinetics of these nanocomposites, their structural properties have been determined by X-ray and neutron diffraction. The existence of a coherent interface between Mg and TiH2 phases is of major importance to facilitate H-mobility within the nanocomposite. Furthermore, it is shown that the TiH2 inclusions inhibit the Mg/MgH2 grain growth, thus maintaining the composites nanostructure during their cycling

L'absorption d'hydrogène dans les sites interstitiels des métaux se situe au cœur de problématiques majeures comme la fragilisation des alliages ou le stockage de l'hydrogène à des fins énergétiques. En effet, ce phénomène modifie les propriétés physico-chimiques du métal hôte et peut conduire à la formation de composés ordonnés MHy appelés hydrures. Dans ce cadre, la méthode de modélisation Calphad (CALculation of PHAse Diagrams) constitue un outil pertinent pour comprendre et prédire le comportement des métaux et alliages en présence d'hydrogène. Toutefois, il n'existe pas de base de données Calphad centrée sur l'hydrogène, permettant de calculer des équilibres de phases dans des systèmes multi-constituants (ternaires, quaternaires…).Ainsi, la présente thèse est consacrée à l'étude de systèmes binaires métal-hydrogène (M-H), par une approche modélisatrice multi-échelle. Ces systèmes binaires représentent la première étape à la conception d'une telle base de données Calphad. Tout d’abord, des calculs DFT (Density Functional Theory) systématiques ont été réalisés pour 31 systèmes binaires M-H considérant 30 structures cristallographiques potentielles, soit 30 × 31 = 930 hydrures, stables ou métastables. Cette approche de criblage a permis notamment de déterminer les enthalpies de formation à 0 K, données d’entrée essentielles de la méthode Calphad. De nouveaux hydrures n'ayant jamais été observés expérimentalement ont été prédits à haute pression (TaH2, ZrH3…).Puis, des calculs de phonon dans l'approximation harmonique ont été réalisés sur les hydrures les plus stables. D’une part, ils permettent de corriger les enthalpies de formation issues de la DFT, en tenant compte de l'énergie et de l'entropie dues aux vibrations des atomes, non négligeables pour l'atome léger d'hydrogène. D’autre part, une étude à grande échelle a porté sur les modifications de l'enthalpie libre de formation résultant de la substitution de l'hydrogène par ses isotopes, dit « effet isotopique ». Des prédictions ont pu être réalisées sur la nature de cet effet en fonction de la température. De plus, pour étudier l'insertion aléatoire des atomes d'hydrogène en solution solide, nous avons utilisé des méthodes de thermodynamique statistique : CVM (Cluster Variation Method) et simulation de Monte-Carlo. Ces méthodes ont été implémentées dans des codes de calcul, appliqués aux métaux cubiques faces centrées (cfc) et cubiques centrés (cc). Les données d'entrée de ces codes sont les énergies associées aux interactions locales entre atomes plus proches voisins. Elles sont fournies par la CEM (Cluster Expansion Method) couplée à la DFT. Une étude comparée des systèmes Ni-H et Pd-H a mis en évidence les spécificités des comportements thermodynamiques des solutions solides interstitielles de chacun de ces systèmes. Par ailleurs, la pression en dihydrogène constitue un paramètre important car de nombreux hydrures ne se forment qu'à très haute pression. Afin d'améliorer la précision des modèles Calphad à pression élevée, le modèle de Lu et al. a été appliqué aux phases condensées des systèmes Ni-H, Rh-H et Mg-H. Ce modèle permet de déterminer la contribution à l'enthalpie libre du travail des forces de pression, en admettant en entrée aussi bien des calculs de phonon quasi-harmoniques que des données expérimentales. Enfin, la modélisation Calphad complète du système Ni-H a été réalisée en intégrant le modèle de Lu et al. L'enthalpie de formation calculée par DFT et l'enthalpie de mélange déterminée par CEM ont également été utilisées en données d'entrée, en complément des données expérimentales disponibles / Hydrogen absorption in the interstitial sites of metals is crucial for major issues such as alloy embrittlement or hydrogen storage for energy applications. This phenomenon modifies the physicochemical properties of the host metal and may lead to the formation of ordered MHy compounds called hydrides. Within this framework, the Calphad modeling method (CALculation of PHAse Diagrams) is a relevant tool for understanding and predicting the behavior of metals and alloys in the presence of hydrogen. However, there is no Calphad database centered on hydrogen for calculating phase equilibria in multi-constituent systems (ternary, quaternary…).The present thesis proposes to use a multi-scale modeling approach to study metal-hydrogen (M-H) binary systems, which are the first step in designing such a Calphad database. First, systematic DFT (Density Functional Theory) calculations were carried out for 31 binary M-H systems considering 30 potential crystal structures, resulting in 30 × 31 = 930 hydrides, stable or metastable. This high throughput approach allowed in particular to determine the enthalpies of formation at 0 K, which represent important input data for the Calphad method. New hydrides that have never been experimentally observed could be predicted at high pressure (TaH2, ZrH3 ...).Then, phonon calculations in the harmonic approximation were performed on the most stable hydrides. They allow, on the one hand, to correct the DFT calculated enthalpies of formation by considering the energy and entropy due to the atom vibrations, which are not negligible for the light hydrogen atom. On the other hand, a large-scale study focused on the modification of the free energy of formation due to hydrogen substitution by its isotopes, known as "isotopic effect". Predictions were made on the nature of this effect as function of temperature. Moreover, the random insertion of hydrogen atoms in solid solution was studied using statistical thermodynamic methods: CVM (Cluster Variation Method) and Monte-Carlo simulation. These methods have been implemented in calculation codes, applied to face centered cubic (fcc) and body-centered cubic (bcc) metals. The input data are the interactions energies between nearest neighbor atoms. They are provided by the CEM (Cluster Expansion Method) coupled with DFT calculations. A comparative study of the Ni-H and Pd-H systems revealed the specificities of the thermodynamic behaviors of both solid interstitial solutions. Furthermore, dihydrogen pressure is an important parameter because many hydrides form only at very high pressure. To improve the Calphad model accuracy at high pressure, the model of Lu et al. was applied to the condensed phases of the Ni-H, Rh-H and Mg-H systems. This model allows to determine the contribution to the free enthalpy due to the pressure force work. The input data may be both quasi-harmonic phonon calculation results and experimental data. Finally, a comprehensive Calphad model of the Ni-H system was carried out by integrating the model of Lu et al. The DFT enthalpy of formation and the mixing enthalpy determined by CEM were used as input data, to complement the available experimental data

Hydrogenation products of the Zintl phases AeTt (Ae = alkaline earth; Tt = tetrel) exhibit hydride anions on interstitial sites as well as hydrogen covalently bound to Tt which leads to a reversible hydrogenation at mild conditions. In situ thermal analysis, synchrotron and neutron powder diffraction under hydrogen (deuterium for neutrons) pressure was applied to BaTt (Tt=Ge, Sn). BaTtHy (1<y<1.67, γ-phases) were formed at 5 MPa hydrogen pressure and elevated temperatures (400–450 K). Further heating (500–550 K) leads to a hydrogen release forming the new phases β-BaGeH0.5 (Pnma, a=1319.5(2) pm, b=421.46(2) pm, c=991.54(7) pm) and α-BaSnH0.19 (Cmcm, a=522.72(6) pm, b=1293.6(2) pm, c=463.97(6) pm). Upon cooling the hydrogen rich phases are reformed. Thermal decomposition of γ-BaGeHy under vacuum leads to β-BaGeH0.5 and α-BaGeH0.13 [Cmcm, a=503.09(3) pm, b=1221.5(2) pm, c=427.38(4) pm]. At 500 K the reversible reaction α-BaGeH0.23 (vacuum)⇄β-BaGeH0.5 (0.2 MPa deuterium pressure) is fast and was observed with 10 s time resolution by in situ neutron diffraction. The phases α-BaTtHy show a pronounced phase width (at least 0.09<y<0.36). β-BaGeH0.5 and the γ-phases appear to be line phases. The hydrogen poor (α- and β-) phases show a partial occupation of Ba4 tetrahedra by hydride anions leading to a partial oxidation of polyanions and shortening of Tt–Tt bonds.

Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) cages are investigated in terms of their potential to enclose small metal hydrides, with the objective of defining conditions that maximize the number of encapsulated hydrogen atoms. Systems of the form MH2n@Tm, where n = 1-3, m = 8, 10, and M comprises metal atom species of the groups IV, VI, VIII, X, and XII, are studied by methods of ab initio and density functional theory (DFT). The resulting composites are categorized with respect to their structural and energetic features. For MH2@T8, it is found in all cases considered that including MH2 into the POSS cage is an endothermic process. For MH2@T10 and M = Ti, Ru, Os, Pt, inclusion of the MH2 guest into the cage turns out to be exothermic, and also leaves the cage intact. For MH4@Tm, this behavior is only observed for one system, OsH4@T10.

Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) cages are investigated in terms of their potential to enclose small metal hydrides, with the objective of defining conditions that maximize the number of encapsulated hydrogen atoms. Systems of the form MH2n@Tm, where n = 1-3, m = 8, 10, and M comprises metal atom species of the groups IV, VI, VIII, X, and XII, are studied by methods of ab initio and density functional theory (DFT). The resulting composites are categorized with respect to their structural and energetic features. For MH2@T8, it is found in all cases considered that including MH2 into the POSS cage is an endothermic process. For MH2@T10 and M = Ti, Ru, Os, Pt, inclusion of the MH2 guest into the cage turns out to be exothermic, and also leaves the cage intact. For MH4@Tm, this behavior is only observed for one system, OsH4@T10.

The oxidative addition of both monosubstituted and disubstituted a.-amino acids to [Ir(COD)(PMe3)3]Cl (COD = cyclooctadiene) was studied and the reactivity of the resulting complexes was examined. The reaction of [Ir(COD)(PMe3)3]CI with the disubstituted amino acids, diphenylglycine and methyl phenyl alanine, led to an almost exclusive facial product. Monosubstituted amino acid complexes were observed to be mixtures of the meridional and facial isomers with the meridional isomer largely predominating. The meridional isomer was found to convert to the facial isomer when heated for several days at 100°C. In fact, a predominantly meridional mixture was found to convert to a predominantly facial mixture upon heating. The facial isomer was therefore shown to be the thermodynamic product from the mixture. Small amounts of other isomers were observed in the hydride region of the proton NMR spectrum. One resonance at -23.75 ppm disappeared upon heating t-butyl acetylene with the amino acid complex. The disappearance of this hydride resonance may indicate the insertion of the unsaturate into the Ir-H bond, or alternatively, the conversion of this isomer to a more thermodynamically stable isomer. Reactions of these complexes with methylpropiolate and acrylamide were attempted but evidence of an insertion product was not found. / Master of Science

La thèse porte sur la conception et la simulation d'un réservoir de stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure de magnésium (MgH2). La particularité du réservoir conçu réside dans sa capacité à stocker l'énergie d'absorption grâce à un matériau de changement de phase (MCP). Afin de pouvoir prouver la viabilité du système, une étude portant sur le comportement de l'hydrure de magnésium compacté lors du cyclage à été effectuée. Celle-ci montre qu'après 100 cycles, les cinétiques de réaction et les taux massiques de stockage d'hydrogène ne sont pas affectés. En revanche, un changement de morphologie important a été observé puisqu'une dilatation ainsi qu'une augmentation importante de la conductivité des matériaux composites ont été relevées. L'étude du MCP révéla l'importance de certains paramètres, en particulier la conductivité thermique et l'enthalpie de fusion. Le MCP sélectionné est un alliage métallique en composition eutectique. Celui ci est bon conducteur de chaleur, présente une enthalpie de fusion élevée et une stabilité de comportement thermique au cyclage. Le réservoir construit contient 10 kg d'hydrure de magnésium co-broyé + 5 % de Graphite Naturel Expansé. Il est capable de stocker 7000 NL d'hydrogène (625 g) en 3h. L'avantage principal du réservoir est son efficacité énergétique, puisque la chaleur stockée par le MCP à l'absorption est refournie lors de la désorption. Afin de pouvoir prédire les comportements thermiques et cinétiques des prochains réservoirs basés sur cette technologie, 2 modèles numériques utilisant Matlab et Fluent ont été développés et validés. / The thesis's subject is about creation and modeling of a solid state hydrogen tank using magnesium hydride (MgH2). The main characteristic of this tank is the ability to store the heat of absorption due to the use of a Phase Change Material (PCM). In order to prove the sustainability of this system, a study, on the magnesium hydride's behavior, has been carried out. On one hand, kinetic properties and the amount of the stored hydrogen do not decrease after 100 cycles. On the other hand, a significant change on material morphology has been noticed. Indeed, a swelling and an increasing of thermal conductivity have been measured. Investigations about the MCP showed the importance of the thermal conductivity and the heat of fusion. That's why a metallic eutectic alloy has been selected. His atomic composition is Mg69Zn28Al3, he is a good thermal conductor, having a high heat of fusion, and presenting a good chemical stability during cycling. The designed tank contains 10 kg of magnesium hydride ball-milled added with Expanded Natural Graphite. It can absorb 7000 NL (625 g) of hydrogen in 3 hours and a half. On one total cycle, the energetic efficiency can be estimated to more than 70 %. At the same time, two numerical modeling have been achieved with Fluent and Matlab softwares, in order to make the design of next generation of tanks easier.

Die Speicherung von Wasserstoff in Form von Hydriden im festen Aggregatzustand hat den Vorteil einer hohen volumetrischen und gravimetrischen Wasserstoffspeicherdichte, die sowohl für die stationäre als auch die mobile Anwendung nötig ist. Um die Anforderungen dieser Anwendungen erfüllen zu können, müssen die Speichereigenschaften dieser Materialien weiter verbessert werden. Als zentrales Konzept dieser Dissertation wird die Nanostrukturierung verfolgt, die eine vielversprechende Strategie zur Modifizierung der thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften von Hydriden darstellt. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) stellt dabei eine unverzichtbare Untersuchungsmethode solch nanoskopischer Materialien dar. Als problematisch erweist sich dabei die durch Radiolyse hervorgerufene Zersetzung der meisten Hydride bei der Beleuchtung mit dem abbildenden Elektronenstrahl. Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt um dieses Phänomen quantitativ mit Hilfe von Valenzelektronenenergieverlustspektroskopie zu untersuchen. Hierzu kommt kugelgemahlenes MgH2 als Modellsystem zum Einsatz. Die Dehydrierung kann quantitativ durch die inelastische Streuung der hochenergetischen Elektronen am MgH2-Plasmon erklärt werden. Eine Lösung dieses grundlegenden Problems wird theoretisch an Hand von Multislice TEM-Kontrastsimulationen untersucht. Hierbei wird ein TEM Experiment unter Wasserstoff bei Umgebungsdruck anstatt unter Vakuum simuliert, was mit Hilfe eines speziellen TEM Halters, in dem das Gas durch elektronentransparente Fenster eingeschlossen ist, realisiert werden kann. Im zweiten Teil wird der Einfluss des Nanoconfinements (Nanoeinschließung), einer speziellen Form der Nanostrukturierung, des komplexen Hydrids LiBH4 auf dessen Wasserstoffspeichereigenschaften untersucht, wofür eine neuartige nanoporöse aerogel-ähnliche Kohlenstoff-Gerüststruktur zum Einsatz kommt. Diese wird durch Salt Templating synthetisiert - einer simplen und nachhaltigen Methode zur Herstellung nanoporöser kohlenstoffbasierter Materialien mit großen Porenvolumina. Es wird gezeigt, dass durch das Nanoconfinement die Wasserstoffdesorptionstemperatur, die für makroskopisches LiBH4 bei über 400 °C liegt, auf 310 °C sinkt und die Desorption bereits bei 200 °C einsetzt. Eine teilweise Rehydrierung ist unter moderaten Bedingungen (100 bar und 300 °C) möglich, wobei die Reversibilität durch eine partielle Oxidation des amorphen Bor gehemmt ist. Im Gegensatz zu Beobachtungen einer aktuellen Veröffentlichung von in hoch geordnetem, nanoporösen Kohlenstoff eingebetteten LiBH4 deuten die in-situ TEM-Heizexperimente der vorliegenden Arbeit darauf hin, dass beide Reaktionsprodukte (B und LiH) in den Poren des aerogel-ähnlichen Kohlenstoffs verbleiben. / Storing hydrogen in solid hydrides has the advantage of high volumetric and gravimetric hydrogen densities, which are needed for both stationary and mobile applications. However, the hydrogen storage properties of these materials must be further improved in order to meet the requirements of these applications. Nanostructuring, which represents one of the central approaches of this thesis, is a promising strategy to tailor the thermodynamic and kinetic properties of hydrides. Transmission electron microscopy (TEM) is an indispensable tool for the structural characterization of such nanosized materials, however, most hydrides degrade fast upon irradiation with the imaging electron beam due to radiolysis. In the first part of this work, a methodology is developed to quantitatively investigate this phenomenon using valence electron energy loss spectroscopy on ball milled MgH2 as a model system. The dehydrogenation can be quantitatively explained by the inelastic scattering of the incident high energy electrons by the MgH2 plasmon. A solution to this fundamental problem is theoretically studied by virtue of multislice TEM contrast simulations of a windowed environmental TEM experiment, which allows for performing the TEM analysis in hydrogen at ambient pressure rather than vacuum. In the second part, the effect of the nanoconfinement of the complex hydride LiBH4 on its hydrogen storage properties is investigated. For this, a novel nanoporous aerogel-like carbon scaffold is used, which is synthesized by salt templating - a facile and sustainable technique for the production of nanoporous carbon-based materials with large pore volumes. It is shown that the hydrogen desorption temperature, which is above 400 °C for bulk LiBH4, is reduced to 310 °C upon this nanoconfinement with an onset temperature as low as 200 °C. Partial rehydrogenation can be achieved under moderate conditions (100 bar and 300 °C), whereby the reversibility is hindered by the partial oxidation of amorphous boron. In contrast to recent reports on LiBH4 nanoconfined in highly ordered nanoporous carbon, in-situ heating in the TEM indicates that both decomposition products (B and LiH) remain within the pores of the aerogel-like carbon.

In this study the effect of hydrogenation on the optical properties in the wavelength range 400-1023 nm of an ultrathin iron-vanadium superlattice is investigated. Specifically, mea- surements of transmission are performed under different states of hydrogenation, along with measurements of absolute hydrogen concentration and hydrogen site occupancy. The trans- mission measurements are used to construct pressure-concentration isotherms. Isotherms and transmission data are in turn correlated to concentration and hydrogen occupancy.  The results show a wavelength dependent decrease in transmission with hydrogenation. The decrease is greatest around 550 nm, and the wavelength of maximum decrease shifts to higher wavelengths with increasing hydrogen pressure. The non-uniform decrease will make the use of transmission as a measurement of hydrogen concentration dependent on the wavelength of the probing light.  15N resonant NRA is used to perform direct, real-space measurement of absolute hydro- gen concentration. The achieved concentrations are 0.092, 0.38 0.40 H/V. Comparing the concentrations and corresponding transmissions to the location of the plateau region in the transmission based isotherms, it appears that the system is in a single phase at 0.38 and 0.40 H/V, and in a mixed phase at 0.092 H/V. Using a combination of resonant NRA and RBS, while exploiting crystal lattice ion channeling, indirect measurements of hydrogen site occupancy are performed. At all investigated concentrations the system does not display tetrahedral site occupancy, but it remains uncertain whether the occupancy is octahedral or some dislocated octahedral-tetrahedral intermediate.  The relation of hydrogen concentration and optical transmission is investigated via a linear regression analysis. The data points generally deviate by more than one standard deviation from the fitted lines, and lie outside of the error estimation. These deviations might indicate that a linear model is inappropriate, where one possible explanation could be that the mapping from transmission to concentration is dependent on the phase of the system. / Den här studien undersöker upptag av väte i en supertunn kristallstruktur bestående av omväxlande lager av vanadin och järn, samt vätets inverkan på de optiska egenskaperna i våglängdsområdet 400-1023 nm. Specifikt genomförs mätningar av genomsläpp av ljus, under olika nivåer av väteupptag. I samband med dessa mätningar genomförs också mätningar av absolut vätekoncentration och av väteatomernas position i kristallstrukturen. Mätningarna av ljusgenomsläpp används för att skapa isotermkuror över tryck och koncentration. Isotermkurvorna och genomsläppligheten av ljus korreleras till vätekoncentration och väteatomernas position i kristallstrukturen.  Resultaten visar en våglängdsberoende minskning av ljusgenomsläppligheten med en ökande mängd väte i kristallstrukturen. Minskningen är som störst omkring 550 nm, samtidigt som våglängden för störst minskning flyttas mot högre våglängder med högre koncentration av väte. Att minskningen i genomsläpplighet är beroende av våglängd innebär att ljusgenomsläpp som metod för att mäta vätekoncentration är beroende av den ljusvåglängd som används. Metoden 15N resonant NRA används för att genomföra direkta mätningar av absolut vätekoncentration. De uppmätta koncentrationerna är 0.092, 0.38 och 0.40 H/V. När dessa koncentrationsmätningar jämförs med genomsläpplighet och tillhörande isotermkurvor, så verkar det som att systemet befinner sig i en enskild fas vid koncentrationerna 0.38 och 0.40 H/V, och i en blandad fas vid koncentrationen 0.092 H/V. Indirekta mätningar av vätets position i kristallstrukturen genomförs baserat på en kombination av resonant 15N NRA och RBS, där det utnyttjas att projektiljonerna under vissa förutsättningar kan komma att styras in i kristallstrukturen (på engelska crystal lattice ion channeling). Vid de tre uppmätta koncentrationerna så visar systemet inga tecken på att väteatomerna finns på tetrahedrala positioner. Det är inte helt uppenbart om väteatomerna istället finns på oktahedrala positioner, eller om det handlar om förskjutna positioner som är mellanliggande till oktahedrala och tetrahedrala. Relationen mellan vätekoncentration och optisk genomsläpplighet analyseras med linjär regression. Datapunkterna avviker generellt med mer än en standardavvikelse från de anpassade linjerna, och ligger utanför feluppskattningen. De här avvikelserna kan indikera att en linjär modell inte är lämplig, och en möjlig förklaring kan vara att ljusgenomsläppligheten beror av den fas i vilken systemet befinner sig.

Heteroanionic hydrides offer great possibilities in the design of functional materials. For ternary rare earth hydride oxide REHO, several modifications were reported with indications for a significant phase width with respect to H and O of the cubic representatives. We obtained DyHO and ErHO as well as the thus far elusive LuHO from solid-state reactions of RE2O3 and REH3 or LuH3 with CaO and investigated their crystal structures by neutron and X-ray powder diffraction. While DyHO, ErHO, and LuHO adopted the cubic anion-ordered half-Heusler LiAlSi structure type (F4¯3m, a(DyHO) = 5.30945(10) Å, a(ErHO) = 5.24615(7) Å, a(LuHO) = 5.171591(13) Å), LuHO additionally formed the orthorhombic anti-LiMgN structure type (Pnma; LuHO: a = 7.3493(7) Å, b = 3.6747(4) Å, c = 5.1985(3) Å; LuDO: a = 7.3116(16) Å, b = 3.6492(8) Å, c = 5.2021(7) Å). A comparison of the cubic compounds’ lattice parameters enabled a significant distinction between REHO and REH1+2xO1−x (x < 0 or x > 0). Furthermore, a computational chemistry study revealed the formation of REHO compounds of the smallest rare earth elements to be disfavored in comparison to the sesquioxides, which is why they may only be obtained by mild synthesis conditions.