Med utarmningen av fossila bränslen och den globala uppvärmningen finns det ett akut behov av att söka gröna, rena och effektiva energiresurser. Mot denna bakgrund anses väte vara en potentiell kandidat för att ersätta fossila bränslen på grund av dess höga energitäthet och miljövänliga natur. För att förverkliga utvecklingen av en väteekonomi är säker och effektiv vätelagringsteknik avgörande.
Jämfört med traditionella tekniker för lagring av komprimerat väte och kryogen flytande väte, anses lagring av väte i fast tillstånd vara en säkrare och effektivare metod. Magnesiumhydrid (MgH2 ), som ett av de mest lovande vätelagringsmaterialen i fast tillstånd, har väckt uppmärksamhet på grund av dess rikliga elementära resurser, höga vätelagringskapacitet, goda reversibilitet och icke-toxicitet. Men den relativt höga driftstemperaturen för MgH2 begränsar dess storskaliga kommersiella tillämpning i fordons- eller stationär vätelagring.
Att introducera övergångsmetallbaserade katalysatorer med unika tredimensionella elektroniska strukturer anses vara en effektiv metod för att förbättra kinetiken för MgH2 . Vanadin (V) och dess oxider används ofta som katalysatorer för MgH2 på grund av deras multivalens och höga katalytiska aktivitet. Men på grund av den höga formbarheten hos metalliskt vanadin och relativt låg aktivitet har vanadinbaserade oxider bredare användningsmöjligheter.
Skiktad V2 O5 med en skiktad struktur är en av de lovande katalysatorerna för att förbättra vätelagringsprestandan för MgH2 /Mg, men begränsad katalytisk kapacitet på grund av otillräcklig kontakt mellan V2 O5 och MgH2 .
För att lösa detta problem använde Dr. Jianxin Zous team vid Shanghai Jiao Tong University en solvotermisk metod följt av efterföljande hydrering för att framställa ultratunt hydrerat V2 O5 nanoark med rikliga syrevakanser och använde dem som katalysatorer för att förbättra vätelagringsprestandan för MgH2 .
Studien är publicerad i tidskriften Nano-Micro Letters .
MgH2 -H-V2 O5 kompositmaterial uppvisar utmärkt vätelagringsprestanda, inklusive en lägre desorptionstemperatur (Tstart =185°C), snabb desorptionskinetik (Ea =84,55 kJ mol −1 H2 för desorption) och långvarig cyklisk stabilitet (kapacitetsretention på upp till 99 % efter 100 cykler). Särskilt MgH2 -H-V2 O5 kompositmaterial uppvisar enastående väteabsorptionsprestanda vid rumstemperatur, med en väteabsorptionskapacitet på 2,38 viktprocent inom 60 minuter vid 30°C.
H-V2 O5 nanosheets syntetiserade av Dr Zous team har en unik tvådimensionell struktur och rikliga syrevakanser, vilket möjliggör in-situ-bildning av V/VH2 under reaktionsprocessen, som alla bidrar till att förbättra vätelagringsprestandan för MgH2 .
Genom att använda en solvotermisk metod för att skapa en distinkt anisotrop skiktad struktur, bildas en mycket exponerad yta, vilket ger mer aktiva platser och vägar för väte/elektron-diffusion, vilket förbättrar vätelagringsprestanda. Dessutom är det avgörande att närvaron av syrevakanser accelererar elektronöverföringen, vilket stimulerar "vätepump"-effekten av VH2 /V, vilket underlättar dehydreringen av VH2 och MgH2 , och minska energibarriärerna för dissociation och rekombination av väte.
Genom att införa teknik för syrevakansdefekter i katalysatorn öppnas en ny väg för att förbättra den cykliska stabiliteten och kinetiska prestandan hos MgH2 .
Mer information: 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
Tillhandahålls av Shanghai Jiao Tong University Journal Center
