Adv. Funct. Mater. 室温储氢材料：分级控制内外掺杂Mg纳米复合材料

【引言】

对于能替换高碳含量的化石能源的需求，随着经济的发展而变得越来越紧迫。氢是一种能通过水的分解反应获得，而水又是反应产物的零碳的具有高能量密度的清洁能源。其重量能量密度异常的高，在120-140 MJ kg^-1, 而对于汽油只有44.4 MJ kg^-1，电池最低仅有0.17 MJ kg^-1左右。氢燃料跟其他的能源相比，要具有更高的竞争力，它对于高安全性和高储存容量的材料变得更迫切了。

【成果简介】

最近，由美国Lawrence国家实验室的Jeffrey J. Urban（通讯作者）与韩国科学技术院以及美国加利福尼亚大学伯克利分校等单位合作报道了一种通过封装包覆分子筛还原的氧化石墨烯层的Ni掺杂Mg纳米晶体颗粒。如今，大部分的储氢材料只局限在掺杂或者单纯通过提高碳含量来提搞材料的性能。该文报道的石墨烯包覆Ni掺杂的Mg，通过内外的协同作用提高了氢化和脱氢的过程，从而实现了很高的储氢效率（6.5%）以及优异的动力学性能。本文的另外一个亮点是，在原位测试实验观察到，在室温和低压下实现了氢的储存。

【图文导读】

图1：结构示意和性能图

（a）颗粒包覆示意图；

（b）TEM图；

（c）XRD；

（d）氢气吸附曲线。

图2：吸脱氢性能图

（a）15bar 吸氢曲线；

（b）0bar 脱氢曲线；

（c）循环后XRD 曲线；

（d）30圈循环曲线。

图3：热力学性能图

（a）分别是压力的吸脱附曲线；

（b）rGO-Mg复合材料的热力学参数。

图4：合成机理图

（a）Mg-k X-ray 近边吸收曲线；

（b）Mg-L X-ray 近边吸收曲线；

（c）Ni-L X-ray 近边吸收曲线；

（d）三种Ni可能存在的位置；

（e）300k 晶体生长示意图；

（f）600k 晶体生长示意图；

图5：X射线研究

（a）原位X-ray近边吸收谱；

（b）原位近边吸收的同步XRD曲线。

图6：倍率性能对比研究

（a）吸氢倍率曲线；

（b）放氢倍率曲线；

（c）活化能与吸附曲线关系曲线；

(d-f) 未掺杂的rGo-Mg材料的吸附曲线；

（g）材料的吸脱氢示意图。

【小结】

该文通过表面还原氧化石墨烯包覆Ni掺杂的Mg，获得了一种高性能的储氢材料。并且通过表面的rGO，体相Ni掺杂以及纳米化的协同作用，显著提高该材料过程中的热力学和动力学性能，从而达到实现提高氢气的吸附的效果。本文报道的表面和体相的掺杂协同效应的方法为储氢材料提供了一个新的平台。

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

本文有材料人编辑部新人组杨良滔编辑，陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。

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