Väteabsorption vid ytan av magnesiumdiborid studeras med första principssimuleringar. Kredit:ACS Applied Materials &Interfaces (2022). DOI:10.1021/acsami.1c23524
Forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har simulerat vätelagringsreaktionerna i ett lovande material och upptäckt varför väteupptaget saktar ner när materialet absorberar väte, vilket ger insikter som kan användas för förbättringar.
Förbättring av vätelagring i fasta material beror på en bättre förståelse av flerstegs kemiska reaktioner som äger rum vid komplexa gränssnitt. Vid dessa gränssnitt omvandlas materialet från att inte innehålla väte till en väte-mättad fas när dess ingående molekylenheter reagerar och binder med väte och strukturellt omarrangeras. Analoga omvandlingar styr en mängd olika kemiska och elektrokemiska energilagringssammanhang, från vätelagringsmaterial till batterier.
Att avslöja de underliggande mekanismerna som är involverade i hydreringen av magnesiumdiborid (MgB2 ), har ett team av LLNL-forskare använt simuleringar av molekylär dynamik. De fann att magnesiumjoner (Mg 2+ ) driver den elektriska polariseringen av molekylära enheter och laddningsomfördelning som är avgörande för att klyva bor (B) från den ursprungliga MgB2 material och möjliggör sekventiell vätebindning till B-atomer för att bilda det väte-mättade Mg(BH4 )2 fas. Närmare bestämt Mg 2+ i närheten joner polariserar BHX-enheter, vilket gör att den positivt laddade centrala boratomen attraherar och binder till väteanjoner, som är negativt laddade genom interaktioner med Mg 2+ . Forskningen visas i tidskriften ACS Applied Materials &Interfaces .
Analysen avslöjade dessutom en möjlig förklaring till det långsamma väteupptaget i MgB2 som Mg(BH4 )2 bildas, vilket förhindrar full hydrering utan hög temperatur och tryck i experiment. Bor som finns i de hexagonala arken av MgB2 är mindre stabil och därför mer benägen att binda väte när den lokala miljön är Mg-fattig. Men när materialet omvandlas till Mg(BH4 )2 , ytorna på återstående MgB2 materialet blir mer Mg-rikt, vilket bromsar hydreringen.
"Våra simuleringar fångar reaktionsvägarna i MgB2 som leder till väteabsorption," sade LLNL-fysikern och författaren Keith Ray. "Förhoppningsvis kommer denna förståelse att möjliggöra ytterligare forskning för att låsa upp snabb hydrering vid lägre temperaturer och tryck."
Andra LLNL-författare inkluderar ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker och Brandon Wood. + Utforska vidare
