Adv. Funct. Mater. 室溫儲氫材料：分級控制內外摻雜Mg納米復合材料

【引言】

對于能替換高碳含量的化石能源的需求，隨著經濟的發展而變得越來越緊迫。氫是一種能通過水的分解反應獲得，而水又是反應產物的零碳的具有高能量密度的清潔能源。其重量能量密度異常的高，在120-140 MJ kg^-1, 而對于汽油只有44.4 MJ kg^-1，電池最低僅有0.17 MJ kg^-1左右。氫燃料跟其他的能源相比，要具有更高的競爭力，它對于高安全性和高儲存容量的材料變得更迫切了。

【成果簡介】

最近，由美國Lawrence國家實驗室的Jeffrey J. Urban（通訊作者）與韓國科學技術院以及美國加利福尼亞大學伯克利分校等單位合作報道了一種通過封裝包覆分子篩還原的氧化石墨烯層的Ni摻雜Mg納米晶體顆粒。如今，大部分的儲氫材料只局限在摻雜或者單純通過提高碳含量來提搞材料的性能。該文報道的石墨烯包覆Ni摻雜的Mg，通過內外的協同作用提高了氫化和脫氫的過程，從而實現了很高的儲氫效率（6.5%）以及優異的動力學性能。本文的另外一個亮點是，在原位測試實驗觀察到，在室溫和低壓下實現了氫的儲存。

【圖文導讀】

圖1：結構示意和性能圖

（a）顆粒包覆示意圖；

（b）TEM圖；

（c）XRD；

（d）氫氣吸附曲線。

圖2：吸脫氫性能圖

（a）15bar 吸氫曲線；

（b）0bar 脫氫曲線；

（c）循環后XRD 曲線；

（d）30圈循環曲線。

圖3：熱力學性能圖

（a）分別是壓力的吸脫附曲線；

（b）rGO-Mg復合材料的熱力學參數。

圖4：合成機理圖

（a）Mg-k X-ray 近邊吸收曲線；

（b）Mg-L X-ray 近邊吸收曲線；

（c）Ni-L X-ray 近邊吸收曲線；

（d）三種Ni可能存在的位置；

（e）300k 晶體生長示意圖；

（f）600k 晶體生長示意圖；

圖5：X射線研究

（a）原位X-ray近邊吸收譜；

（b）原位近邊吸收的同步XRD曲線。

圖6：倍率性能對比研究

（a）吸氫倍率曲線；

（b）放氫倍率曲線；

（c）活化能與吸附曲線關系曲線；

(d-f) 未摻雜的rGo-Mg材料的吸附曲線；

（g）材料的吸脫氫示意圖。

【小結】

該文通過表面還原氧化石墨烯包覆Ni摻雜的Mg，獲得了一種高性能的儲氫材料。并且通過表面的rGO，體相Ni摻雜以及納米化的協同作用，顯著提高該材料過程中的熱力學和動力學性能，從而達到實現提高氫氣的吸附的效果。本文報道的表面和體相的摻雜協同效應的方法為儲氫材料提供了一個新的平臺。

文獻鏈接：Hierarchically Controlled Inside-Out Doping of Mg Nanocomposites for Moderate Temperature Hydrogen Storage?(Adv. Funct. Mater. 2017, DOI:10.1002/adfm.201704316)

本文有材料人編輯部新人組楊良滔編輯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。

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