復(fù)旦大學(xué)材料系學(xué)系余學(xué)斌課題組在太陽能驅(qū)動氫化鎂可逆儲氫取得進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：
2024-05-14
缺乏安全高效的儲氫技術(shù)是制約氫能大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。具有高密度和高安全性的固態(tài)可逆儲氫是一種理想的解決方案，但其吸/放氫工作溫度高、速率緩慢，且存在熱力學(xué)穩(wěn)定性高的本征難題，仍需要高溫和大量外部能量輸入來驅(qū)動吸/放氫反應(yīng)。
近日，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系余學(xué)斌教授課題組在《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為《原子重構(gòu)實(shí)現(xiàn)太陽能驅(qū)動氫化鎂可逆儲氫》（Atomic reconstruction for realizing stable solar-driven reversible hydrogen storage of magnesium hydride）的研究工作。博士研究生張瀟月為第一作者，余學(xué)斌教授、方方教授和夏廣林青年研究員為共同通訊作者。
為解決傳統(tǒng)熱驅(qū)動儲氫能耗過高的難題，團(tuán)隊(duì)基于光熱與催化效應(yīng)的高效耦合，提出了使用太陽能驅(qū)動高氫含量氫化物儲氫。本工作通過在MgH2中引入CuNi納米合金并借助脫氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)原位原子重構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種單一組分相的Mg2Ni(Cu)三元合金以實(shí)現(xiàn)“光熱-催化”本體化集成。Mg2Ni(Cu)的帶內(nèi)/帶間躍遷機(jī)制實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料在全光譜范圍超85%高吸收率。Cu和Ni的協(xié)同催化及光照下不平衡的光生熱電子分布弱化了Mg-H鍵合，增強(qiáng)了“氫泵”效應(yīng)并降低了脫氫反應(yīng)能壘。
圖1 CuNi合金催化的MgH2光驅(qū)動可逆儲氫性能
Mg2Ni(Cu)的可逆形成使得“光熱-催化”的本體化理想集成作用于可逆過程，確保了循環(huán)中連續(xù)實(shí)現(xiàn)局部熱無損作用于催化位點(diǎn)，在3.5 W/cm2下實(shí)現(xiàn)了單次脫氫15分鐘的6.1 wt.%快速可逆儲氫。
圖2 光驅(qū)動可逆儲氫的光熱-催化耦合機(jī)制
該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助與支持，中國散裂中子源為該工作的開展提供了幫助。
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