研究人員找出了影響MgH2儲氫材料性能的關鍵障礙

一組研究人員已經確定了一種影響常見固態氫材料性能的關鍵障礙，他們發現的細節發表在《Journal of Materials Chemistry A》上。

氫將在為我們的未來提供能源方面發揮重要作用。它燃燒時不會產生有害氣體。但是氫的儲存和運輸既昂貴又有風險。

目前氫的儲存方式主要有三種：高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態儲氫。在固態儲氫中，固態材料通常更安全，并提供更高的儲氫密度。

金屬氫化物由于其巨大的儲氫潛力和低成本而被長期探索。當這些金屬與氣態氫接觸時，氫被吸收到表面。進一步的能量輸入導致氫原子進入金屬的晶格，直到金屬被氫飽和。從那里，材料可以吸收和解吸大量的氫。

氫化鎂(MgH2)在儲氫能力方面表現出了巨大的潛力。然而，氫化鎂分解并產生氫氣需要高溫。此外，該材料復雜的氫遷移和解吸，導致脫氫動力學緩慢，阻礙了其商業應用。

幾十年來，科學家們一直在爭論為什么MgH2中的脫氫如此困難。但現在，研究小組找到了答案。

利用基于自旋極化密度泛函理論和范德華修正的計算，他們發現了MgH2脫氫過程中的“爆裂效應”。初始脫氫勢壘為2.52和2.53 eV，隨后的反應勢壘為0.12-1.51 eV。

研究小組用晶體軌道哈密頓布居(Crystal Orbital Hamilton Population, COHP)法進行了進一步的鍵分析，他們證實了鎂-氫化物鍵強度隨著脫氫過程的繼續而下降。

日本東北大學高級材料研究所的研究人員指出：“氫遷移和氫解吸在初始爆裂效應之后要容易得多。促進這種解吸過程的結構工程調整可能是促進MgH2氫解吸的關鍵。”

研究人員證明，當第一層原子氫存在時，氫空位保持了高度的電子局域化。通過從頭計算分子動力學模擬對表面脫氫后MgH2的動力學特性進行的分析也提供了額外的證據。