复旦大学材料系学系余学斌课题组在太阳能驱动氢化镁可逆储氢取得进展

缺乏安全高效的储氢技术是制约氢能大规模应用的瓶颈。具有高密度和高安全性的固态可逆储氢是一种理想的解决方案，但其吸/放氢工作温度高、速率缓慢，且存在热力学稳定性高的本征难题，仍需要高温和大量外部能量输入来驱动吸/放氢反应。

近日，复旦大学材料科学系余学斌教授课题组在《自然通讯》（Nature Communications）上发表题为《原子重构实现太阳能驱动氢化镁可逆储氢》（Atomic reconstruction for realizing stable solar-driven reversible hydrogen storage of magnesium hydride）的研究工作。博士研究生张潇月为第一作者，余学斌教授、方方教授和夏广林青年研究员为共同通讯作者。

为解决传统热驱动储氢能耗过高的难题，团队基于光热与催化效应的高效耦合，提出了使用太阳能驱动高氢含量氢化物储氢。本工作通过在MgH2中引入CuNi纳米合金并借助脱氢反应实现原位原子重构，设计了一种单一组分相的Mg2Ni(Cu)三元合金以实现“光热-催化”本体化集成。Mg2Ni(Cu)的带内/带间跃迁机制实现了复合材料在全光谱范围超85%高吸收率。Cu和Ni的协同催化及光照下不平衡的光生热电子分布弱化了Mg-H键合，增强了“氢泵”效应并降低了脱氢反应能垒。

图1 CuNi合金催化的MgH2光驱动可逆储氢性能

Mg2Ni(Cu)的可逆形成使得“光热-催化”的本体化理想集成作用于可逆过程，确保了循环中连续实现局部热无损作用于催化位点，在3.5 W/cm2下实现了单次脱氢15分钟的6.1 wt.%快速可逆储氢。

图2 光驱动可逆储氢的光热-催化耦合机制

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的资助与支持，中国散裂中子源为该工作的开展提供了帮助。