近日，大連化物所復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組（DNL1901）陳萍研究員、曹湖軍副研究員（第九批會(huì)員）與湘潭大學(xué)雷鋼鐵教授合作在外場(chǎng)輔助金屬氫化物脫氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究人員利用商業(yè)化質(zhì)譜聯(lián)用微波催化反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)了MgH2-TiO2復(fù)合物在微波誘導(dǎo)下顯著脫氫，并詳細(xì)研究了微波輻照過程中的吸脫氫相變過程。 氫作為一種高效、清潔和可持續(xù)的“無碳”能源，被認(rèn)為是最好的能源載體之一，然而，氫氣安全、高效、便捷存儲(chǔ)技術(shù)的缺失困擾了氫能的廣泛發(fā)展和應(yīng)用。MgH2因其儲(chǔ)氫量高、可逆性好、成本低和無毒性，被認(rèn)為是最具前途的儲(chǔ)氫材料之一，但較高的操作溫度和緩慢的吸脫氫動(dòng)力學(xué)阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。合金化、催化和納米化為代表的改性方法已被探索用于緩解上述問題，然而，MgH2商業(yè)化應(yīng)用的預(yù)期性能指標(biāo)仍未達(dá)到。這項(xiàng)工作表明，微波輻照和熱的協(xié)同效應(yīng)可能會(huì)推動(dòng)MgH2進(jìn)一步走向?qū)嶋H應(yīng)用。 通過對(duì)比不同比例的MgH2-TiO2復(fù)合物在微波場(chǎng)中脫氫行為的區(qū)別，從熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的角度闡釋了微波輻照對(duì)MgH2-TiO2復(fù)合材料儲(chǔ)氫性能的影響。一方面，TiO2在球磨過程中部分被MgH2還原，晶格氧脫出形成含有晶格缺陷的TiO2-x物種；TiO2-x中的缺陷/空位可以通過局部共振耦合的形式與微波強(qiáng)烈相互作用，從而將微波能量轉(zhuǎn)換為熱能，形成溫度遠(yuǎn)高于宏觀溫度的熱點(diǎn)。另一方面，MgH2分解生成的Mg，會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生高電場(chǎng)，可能增強(qiáng)MgH2和TiO2的極化；通過削弱Mg-H和Ti-O鍵，導(dǎo)致MgH2快速分解與晶格氧進(jìn)一步脫出。此外，MgH2和缺陷TiO2-x中的活性/空位之間的電子轉(zhuǎn)移可以有效激活Mg-H并改善H-H耦合，實(shí)現(xiàn)較低宏觀溫度 (220 °C) 下的完全脫氫。 
相關(guān)研究成果以“Microwave-assisted reduction of Ti species in MgH2-TiO2 composite and its effect on hydrogen storage”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。該論文第一作者是湘潭大學(xué)和大連化物所聯(lián)合培養(yǎng)碩士生鄒韌。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研究開發(fā)計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研究開發(fā)項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。 文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138072
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