Forbedring af MgH₂-brintlagring med ilttomgangsberigede H-V₂O₅-nanoark som en aktiv H-pumpe

Med udtømningen af ​​fossile brændstoffer og global opvarmning er der et presserende behov for at søge grønne, rene og effektive energiressourcer. På denne baggrund betragtes brint som en potentiel kandidat til at erstatte fossile brændstoffer på grund af dets høje energitæthed og miljøvenlige natur. For at realisere udviklingen af ​​en brintøkonomi er sikre og effektive brintlagringsteknologier afgørende.

Sammenlignet med traditionelle komprimeret brint og kryogen flydende brint lagringsteknologier, anses solid-state brint lagring som en sikrere og mere effektiv metode. Magnesiumhydrid (MgH₂ ), som et af de mest lovende faststof-brintlagermaterialer, har tiltrukket sig opmærksomhed på grund af dets rigelige elementære ressourcer, høje brintlagringskapacitet, gode reversibilitet og ikke-toksicitet. Men den relativt høje driftstemperatur på MgH₂ begrænser dets kommercielle anvendelse i stor skala i køretøjer eller stationære brintlagring.

Introduktion af overgangsmetalbaserede katalysatorer med unikke tredimensionelle elektroniske strukturer betragtes som en effektiv metode til at forbedre kinetikken af ​​MgH₂ . Vanadium (V) og dets oxider bruges ofte som katalysatorer for MgH₂ på grund af deres multivalens og høje katalytiske aktivitet. Men på grund af metallisk vanadiums høje duktilitet og relativt lave aktivitet har vanadiumbaserede oxider bredere anvendelsesmuligheder.

Lagdelt V₂ O₅ med en lagdelt struktur er en af ​​de lovende katalysatorer til at forbedre hydrogenlagringsydelsen af ​​MgH₂ /Mg, men begrænset katalytisk kapacitet på grund af utilstrækkelig kontakt mellem V₂ O₅ og MgH₂ .

For at løse dette problem brugte Dr. Jianxin Zous team ved Shanghai Jiao Tong University en solvotermisk metode efterfulgt af efterfølgende hydrogenering for at fremstille ultratynd hydrogeneret V₂ O₅ nanoark med rigelige ilt ledige pladser og brugte dem som katalysatorer til at forbedre hydrogenlagringsydelsen af ​​MgH₂ .

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Nano-Micro Letters .

MgH₂ -H-V₂ O₅ kompositmateriale udviser fremragende brintlagringsevne, herunder en lavere desorptionstemperatur (T_start =185°C), hurtig desorptionskinetik (E_a =84,55 kJ mol ⁻¹ H₂ til desorption) og langsigtet cyklisk stabilitet (kapacitetsretention på op til 99 % efter 100 cyklusser). Især MgH₂ -H-V₂ O₅ kompositmateriale viser enestående brintabsorptionsevne ved stuetemperatur med en brintabsorptionskapacitet på 2,38 vægt% inden for 60 minutter ved 30°C.

H-V₂ O₅ nanoark syntetiseret af Dr. Zous team har en unik todimensionel struktur og rigelige ilt ledige pladser, hvilket muliggør in-situ dannelse af V/VH₂ under reaktionsprocessen, som alle bidrager til at forbedre hydrogenlagringsydelsen af ​​MgH₂ .

Ved at bruge en solvotermisk metode til at skabe en distinkt anisotropisk lagdelt struktur, dannes en meget eksponeret overflade, hvilket giver mere aktive steder og veje for brint/elektron-diffusion, hvilket forbedrer brintlagringsydelsen. Det er desuden afgørende, at tilstedeværelsen af ​​ledige ilter accelererer elektronoverførsel, hvilket stimulerer "hydrogenpumpe"-effekten af ​​VH₂ /V, hvilket letter dehydrogeneringen af ​​VH₂ og MgH₂ , og reduktion af energibarriererne for hydrogendissociation og -rekombination.

Introduktion af ilttomgangsdefektteknologi i katalysatoren åbner således en ny vej til at forbedre den cykliske stabilitet og kinetiske ydeevne af MgH₂ .

Flere oplysninger: Li Ren et al., Boosting Hydrogen Storage Performance of MgH2 by Oxygen Vacancy-Rich H-V2O5 Nanosheet as an Excited H-Pump, Nano-Micro Letters (2024). DOI:10.1007/s40820-024-01375-8

Leveret af Shanghai Jiao Tong University Journal Center