储氢材料的关键限制已确定

一组研究人员已经确定了常见固态氢材料的关键障碍，为未来的设计指南和广泛的商业应用铺平了道路。

他们发现的详细信息发表在材料化学杂志 A上，该文章被列为封面文章。

氢将在为我们的未来提供动力方面发挥重要作用。它含量丰富，燃烧时不会产生有害排放物。但氢的储存和运输既昂贵又危险。

目前，氢气的储存方式有高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢三种。在固态储氢中，固态材料通常是最安全的，并且提供最大的储氢密度。

长期以来，人们一直在探索金属氢化物，因为它们具有巨大的储氢潜力和低成本。当这些金属与气态氢接触时，氢被吸收到表面上。进一步的能量输入导致氢原子进入金属的晶格，直到金属被氢饱和。从那里，该材料可以吸收和解吸更多的氢。

氢化镁 (MgH 2 ) 显示出卓越的储氢能力的巨大前景。然而，MgH 2分解并产生氢气需要高温。此外，该材料复杂的氢迁移和解吸导致脱氢动力学缓慢，阻碍了其商业应用。

几十年来，科学家们一直在争论为什么 MgH 2中的脱氢作用如此困难。但现在，研究小组找到了答案。

使用基于自旋极化密度泛函理论和范德瓦尔斯校正的计算，他们发现了 MgH 2脱氢过程中的“爆发效应”。最初的脱氢能垒为 2.52 和 2.53 eV，而随后的反应能垒为 0.12–1.51 eV。

该小组使用晶体轨道汉密尔顿布居方法进行了进一步的键分析，他们证实随着脱氢过程的继续，镁氢化物键强度降低。

“在最初的爆发效应之后，氢迁移和氢解吸要容易得多，”东北大学高等材料研究所 (WPI-AIMR) 副教授、该论文的通讯作者李浩指出。“促进这种解吸过程的结构工程调整可能是促进 MgH 2氢气解吸的关键。”

李和他的同事证明，当第一层氢原子存在时，氢空位保持高度的电子局域化。通过从头算分子动力学模拟进行的表面脱氢后MgH 2的动力学特性分析也提供了额外的证据。

“我们的研究结果为 MgH 2的脱氢动力学提供了理论基础，为改性基于MgH 2的储氢材料提供了重要指导，”Li 补充道。