资料学院罗群/李谦教授团队在《Advanced Materials》上颁发最新钻研成就

近日，资料学院高机能结构职能资料超常冶金与造备团队在高机能镁基储氢资料钻研方面获得新的进展，有关成就以“Titanium-Nickel Dual Active Sites Enabled Reversible Hydrogen Storage of Magnesium at 180 °C with Exceptional Cycle Stability”为题，颁发在能力域顶刊《Advanced Materials》（大类一区，IF=32.086）。该成就由通讯单元J9.COM和沉庆大学结合钻研获得，鲁杨帆教授、罗群钻研员和李谦教授为共同通讯作者。

镁基储氢资料 (Mg/MgH₂) 因其储氢容量高 (7.6 wt.%)、资源丰硕和安全性好等特点备受关注，但其现实利用仍受造于放氢温度高 (≥300°C)、中温放氢动力学缓慢和循环寿命差等瓶颈。传统催化剂难以协同调控Mg/MgH₂吸放氢反映中的多步骤动力学 (氢吸附-解离-扩散和MgH₂形核)。因而，本钻研团队开发了一种拥有双活性位点的Mg₂Ni@Ti-MgO催化剂，通过Ti掺杂MgO和Mg₂Ni的协同作用，实现了对多步骤动力学的同步优化。Mg₂Ni@Ti-MgO/MgH₂在280°C下2 min内开释5.28 wt.% H₂，并在180°C（动态真空前提下）实现~4.9 wt.% H₂的可逆吸放氢反映；碜暄信，Ti²⁺和Ti³⁺在MgO晶格中推进了氢解离/扩散过程，原位天生的Mg₂Ni作为氢扩散通路和Mg/MgH₂的形核位点，两者协同作用加快了180°C的吸放氢反映。Mg₂Ni@Ti-MgO催化剂在循环过程中阐发出优异的结构和化学不变性，实现了1000次吸放氢循环后99.2%的储氢容量维持率。本钻研通过Ti和Ni双活性位点的协同催化，实现了对多个动力学步骤的同时优化，为高效不变的吸放氢反映提供了一种新战术。

图1 Mg₂Ni@Ti-MgO催化剂同时推进了氢的吸附、解离、扩散和形核过程。

通过高能球磨和高温氢化的步骤，利用TiVO₄和NiO双先驱体成功在Mg/MgH₂表表原位合成了Mg₂Ni@Ti-MgO多相催化剂，且该催化剂在Mg/MgH₂基体表表和内部实现了均匀散布。Mg₂Ni@Ti-MgO/MgH₂储氢资料的初始放氢温度可显著降低至172℃ (图2a)，并在180℃下60 min内放出1.96 wt.%的H₂(图2b和图2c)，展示出了优异的中温动力学机能。同时，该催化剂的吸氢动力学也得到显著提升，在30℃下30 min内吸氢3.25 wt.% (图2d)。Mg₂Ni@Ti-MgO/MgH₂的活化能为81 kJ·mol^-1(图2e图2f)，显著低于纯MgH₂系统。该储氢资料在280℃下的初始放氢快率为2.72 wt.%?min^-1，比纯Mg/MgH₂快了82倍，且其放氢快率显著高于文件中报路的传统过渡金属基和贵金属基催化剂。

图 2 (a) TPD曲线；(b) 放氢动力学；(c) 220℃下的放氢动力学对比；(d) 吸氢动力学；(e) 动力学模型分析及其 (f) 活化能；(g) 初始放氢快率的对比。

经过1000次吸放氢循环后，Mg₂Ni@Ti-MgO/MgH₂的储氢容量仅从5.28 wt.%降低至5.25 wt.%(图3a和b)，其储氢容量维持率高达99.2% (图3c)，且未观察到显著的动力学衰减 (图3b)。该了局批注，增长Mg₂Ni@Ti-MgO催化剂能显著改善MgH₂的循环不变性 (图3c)，有效突破了MgH₂催化系统所面对循环寿命差的瓶颈。

图 3 (a) Mg₂Ni@Ti-MgO/MgH₂在280℃下的循环曲线；(b) 分歧循环次数下的吸氢和放氢曲线；(c) 过渡金属催化MgH₂系统的储氢容量维持率和循环次数的比力。

该钻研得到国度沉点研发打算和国度天然科学基金项主张赞助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202500178