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。
