缺乏安全高效的儲氫技術是制約氫能大規(guī)模應用的瓶頸。具有高密度和高安全性的固態(tài)可逆儲氫是一種理想的解決方案，但其吸/放氫工作溫度高、速率緩慢，且存在熱力學穩(wěn)定性高的本征難題，仍需要高溫和大量外部能量輸入來驅動吸/放氫反應。

近日，復旦大學材料科學系余學斌教授課題組在《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為《原子重構實現(xiàn)太陽能驅動氫化鎂可逆儲氫》（Atomic reconstruction for realizing stable solar-driven reversible hydrogen storage of magnesium hydride）的研究工作。博士研究生張瀟月為第一作者，余學斌教授、方方教授和夏廣林青年研究員為共同通訊作者。

為解決傳統(tǒng)熱驅動儲氫能耗過高的難題，團隊基于光熱與催化效應的高效耦合，提出了使用太陽能驅動高氫含量氫化物儲氫。本工作通過在MgH2中引入CuNi納米合金并借助脫氫反應實現(xiàn)原位原子重構，設計了一種單一組分相的Mg2Ni(Cu)三元合金以實現(xiàn)“光熱-催化”本體化集成。Mg2Ni(Cu)的帶內/帶間躍遷機制實現(xiàn)了復合材料在全光譜范圍超85%高吸收率。Cu和Ni的協(xié)同催化及光照下不平衡的光生熱電子分布弱化了Mg-H鍵合，增強了“氫泵”效應并降低了脫氫反應能壘。

圖1 CuNi合金催化的MgH2光驅動可逆儲氫性能

Mg2Ni(Cu)的可逆形成使得“光熱-催化”的本體化理想集成作用于可逆過程，確保了循環(huán)中連續(xù)實現(xiàn)局部熱無損作用于催化位點，在3.5 W/cm2下實現(xiàn)了單次脫氫15分鐘的6.1 wt.%快速可逆儲氫。

圖2 光驅動可逆儲氫的光熱-催化耦合機制

該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金等項目的資助與支持，中國散裂中子源為該工作的開展提供了幫助。