【背景介紹】

<原文摘要>

氫化鎂（MgH₂）的儲(chǔ)氫容量高達(dá)7.6 wt%，而且鎂在地殼中資源豐富，同時(shí)具有無毒等優(yōu)點(diǎn)，因此MgH₂是一種極具應(yīng)用潛力的儲(chǔ)氫材料。然而，Mg/MgH₂體系在實(shí)際應(yīng)用中存在熱穩(wěn)定性高、吸附和解吸動(dòng)力學(xué)緩慢等問題。本文采用一種簡便的濕化學(xué)球磨方法成功制備了二維的釩納米片（V_NS），并證明其對(duì)MgH₂的儲(chǔ)氫性能有很好的改善作用。例如，MgH₂+7 wt% V_NS復(fù)合材料在187.2℃時(shí)開始釋放氫氣，比不添加催化劑的MgH₂初始放氫溫度低152 ℃。在300 ℃下，MgH₂+7wt%V_NS復(fù)合材料在10分鐘內(nèi)釋放出6.3 wt%的氫氣，并且完全脫氫的樣品即使在室溫和3.2 MPa的氫壓下也能吸收氫氣。XRD和TEM結(jié)果證實(shí)金屬釩是促進(jìn)MgH₂脫氫以及再加氫反應(yīng)的催化單元。本文提供了一種合成具有優(yōu)良催化性能二維釩納米片的簡便方法，這可能對(duì)未來設(shè)計(jì)和制備用于儲(chǔ)氫和其他能源相關(guān)領(lǐng)域的層狀催化劑有一定的指導(dǎo)意義。

<文章亮點(diǎn)>

1.利用一種濕化學(xué)球磨法制備了二維結(jié)構(gòu)的釩納米片，并將其作為催化劑引入到MgH₂儲(chǔ)氫材料

2.MgH₂+7 wt% V_NS復(fù)合材料可以在187.2 ℃釋放氫氣，比不摻雜催化劑的MgH₂初始放氫溫度低152 ℃.

3.MgH₂+7 wt% V_NS復(fù)合材料在室溫下開始吸氫，吸氫活化能降低至39.74±3.90 kJ/mol.

【內(nèi)容簡介】

日前，江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院的張劉挺副教授課題組在Rare Metals上發(fā)表了題為“Two-dimensional vanadium nanosheets as a remarkably effective catalyst for hydrogen storage in MgH₂”的研究文章， 利用濕化學(xué)球磨法制備的二維釩納米片來改善MgH₂的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。

<簡介>

文章采用一種濕化學(xué)球磨法制備了二維的釩納米片，微結(jié)構(gòu)測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)釩納米片的厚度約為100 nm，將釩納米片引入到MgH₂儲(chǔ)氫材料中后MgH₂的起始放氫溫度從340 ℃降低到187.2 ℃。另外在300 ℃恒溫條件下，摻雜7 wt%釩納米片的MgH₂可以在10分鐘內(nèi)釋放出6.4 wt%的氫氣，然而不摻雜催化劑的MgH₂在該條件下幾乎不釋放氫氣。升溫吸氫實(shí)驗(yàn)表明復(fù)合材料在 室溫下就開始吸氫，吸氫活化能降低至39.74±3.90 kJ/mol.

【圖文解析】

圖1 二維釩納米片的制備流程圖

圖2(a) 釩納米片的XRD圖，圖2(b) 釩納米片的TEM圖，圖2(c) 釩納米片的HRTEM圖，圖2(d) 釩納米片的SAED圖

圖3(a) MgH₂摻雜不同比例釩納米片升溫放氫圖，圖3(b) MgH₂摻雜不同比例釩納米片的初始放氫溫度以及放氫量柱狀圖，圖3(c) 制備的MgH₂在不同溫度下恒溫放氫圖，圖3(d) MgH₂+7 wt% V_NS在不同溫度下恒溫放氫圖

圖4(a) MgH₂+7 wt% V_NS在不同升溫速率下DSC曲線圖，圖4(b) 用Kissinger法計(jì)算的表觀活化能

圖5(a)制備的MgH₂與MgH₂+7 wt% V_NS升溫吸氫圖，圖5(b) MgH₂在不同溫度下恒溫吸氫圖，圖5(c) MgH₂+7 wt% V_NS在不同溫度下恒溫吸氫圖，圖5(d) 計(jì)算的吸氫活化能圖

圖6(a) MgH₂+7 wt% V_NS 循環(huán)吸放氫圖，圖6(b) MgH₂+7 wt% V_NS 循環(huán)吸放氫容量柱狀圖，圖6(c) MgH₂與MgH₂+7 wt% V_NS在各狀態(tài)下XRD圖，圖6(d) MgH₂+7 wt% V_NS在20次循環(huán)放氫后XRD圖

圖7(a) MgH₂+7 wt% V_NS 復(fù)合材料TEM圖，圖7(b)，圖7(c) MgH₂+7 wt% V_NS 復(fù)合材料HRTEM圖，圖7(d) STEM-HAADF圖，圖7(e)，圖7(f) 能譜圖

這些結(jié)果表明通過濕化學(xué)球磨法成功制備的二維釩納米片對(duì)于改善MgH₂的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能具有顯著的催化效果。

【全文小結(jié)】

1.利用一種簡便的濕化學(xué)球磨法制備了二維的釩納米片；

2.釩納米片可顯著提高M(jìn)gH₂的吸放氫速率；

3.合成釩納米片這一方法可為設(shè)計(jì)和制備儲(chǔ)能領(lǐng)域相關(guān)的高效催化劑提供。

【文獻(xiàn)鏈接】

Lu, ZY., Yu, HJ., Lu, X. et al. Two-dimensional vanadium nanosheets as a remarkably effective catalyst for hydrogen storage in MgH2. Rare Met. (2021). https://doi.org/10.1007/s12598-021-01764-7

【作者簡介】

張劉挺，男，江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院副教授。2011年本科畢業(yè)于浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，2016年在浙江大學(xué)獲得材料學(xué)博士學(xué)位。目前主要從事高容量固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備表征、催化改性與儲(chǔ)氫機(jī)理研究。發(fā)表論文30余篇，包括Journal of Magnesium and Alloys、Journal of Materials Chemistry A、Applied Surface Science、Journal of Physical Chemistry C、International Journal of Hydrogen Energy、Journal of Alloys and Compounds等；擔(dān)任《Rare Metals》和《稀有金屬》雜志青年編委。