復旦大學材料系學系余學斌課題組在太陽能驅動氫化鎂可逆儲氫取得進展

缺乏安全高效的儲氫技術是制約氫能大規模應用的瓶頸。具有高密度和高安全性的固態可逆儲氫是一種理想的解決方案，但其吸/放氫工作溫度高、速率緩慢，且存在熱力學穩定性高的本征難題，仍需要高溫和大量外部能量輸入來驅動吸/放氫反應。

近日，復旦大學材料科學系余學斌教授課題組在《自然通訊》（Nature Communications）上發表題為《原子重構實現太陽能驅動氫化鎂可逆儲氫》（Atomic reconstruction for realizing stable solar-driven reversible hydrogen storage of magnesium hydride）的研究工作。博士研究生張瀟月為第一作者，余學斌教授、方方教授和夏廣林青年研究員為共同通訊作者。

為解決傳統熱驅動儲氫能耗過高的難題，團隊基于光熱與催化效應的高效耦合，提出了使用太陽能驅動高氫含量氫化物儲氫。本工作通過在MgH2中引入CuNi納米合金并借助脫氫反應實現原位原子重構，設計了一種單一組分相的Mg2Ni(Cu)三元合金以實現“光熱-催化”本體化集成。Mg2Ni(Cu)的帶內/帶間躍遷機制實現了復合材料在全光譜范圍超85%高吸收率。Cu和Ni的協同催化及光照下不平衡的光生熱電子分布弱化了Mg-H鍵合，增強了“氫泵”效應并降低了脫氫反應能壘。

圖1 CuNi合金催化的MgH2光驅動可逆儲氫性能

Mg2Ni(Cu)的可逆形成使得“光熱-催化”的本體化理想集成作用于可逆過程，確保了循環中連續實現局部熱無損作用于催化位點，在3.5 W/cm2下實現了單次脫氫15分鐘的6.1 wt.%快速可逆儲氫。

圖2 光驅動可逆儲氫的光熱-催化耦合機制

該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金等項目的資助與支持，中國散裂中子源為該工作的開展提供了幫助。