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利用富含氧空位的HV2O5纳米片作为活性氢泵改善MgH2储氢性能

导读 随着化石燃料的枯竭和全球气候变暖,人们迫切需要寻求绿色、清洁、高效的能源。在此背景下,氢能因能量密度高、环境友好等特点,被认为是替...

随着化石燃料的枯竭和全球气候变暖,人们迫切需要寻求绿色、清洁、高效的能源。在此背景下,氢能因能量密度高、环境友好等特点,被认为是替代化石燃料的潜在候选者。要实现氢经济的发展,安全高效的储氢技术至关重要。与传统的压缩氢和低温液态氢储氢技术相比,固态储氢被认为是一种更安全、更有效的方法。镁氢化物(MgH2)作为最有前途的固态储氢材料之一,由于元素资源丰富、储氢容量高、可逆性好、无毒性而备受关注。然而,MgH2 的工作温度相对较高,限制 了其在车载或固定式储氢中的大规模商业应用。

引入具有独特三维电子结构的过渡金属基催化剂被认为是改善MgH 2动力学的有效方法。钒(V)及其氧化物由于价数多、催化活性高,常被用作MgH 2的催化剂 ,但由于金属钒的延展性好、活性相对较低,钒基氧化物具有更广泛的应用前景。具有层状结构的层状V 2 O 5是有望提升MgH 2 /Mg 储氢性能的催化剂之一,但由于V 2 O 5 与MgH 2之间接触不充分,催化能力有限。

针对这一问题,上海交通大学邹建新博士团队采用溶剂热法随后进行氢化,制备了具有丰富氧空位的超薄氢化V 2 O 5 纳米片,并将其作为催化剂,提高了MgH 2的储氢性能。MgH 2 -HV 2 O5复合材料表现出优异的储氢性能,包括较低的脱附温度(T onset = 185°C),快速的脱附动力学(脱附的E a = 84.55 kJ mol −1 H 2 )和长期循环稳定性(100次循环后容量保持率高达99%)。特别是MgH 2 -HV 2 O 5 复合材料在室温下表现出了优秀的吸氢性能,在30°C下60分钟内的吸氢容量为2.38 wt%。

邹博士团队合成的HV 2 O 5 纳米片具有独特的二维结构和丰富的氧空位,使得反应过程中V/VH 2能够原位形成 ,有助于提升MgH 2的储氢性能。通过溶剂热法制备出独特的各向异性层状结构,形成高度暴露的表面,从而为氢/电子扩散提供更多的活性位点和途径,提高储氢性能。更重要的是,氧空位的存在加速了电子的转移,激发了VH 2 /V的“氢泵”效应,有利于VH 2 和MgH 2的脱氢,降低了氢解离复合的能垒。将氧空位缺陷工程引入催化剂,为提升MgH 2的循环稳定性和动力学性能开辟了一条新途径。

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