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。

文章信息：

Xiaoyue Zhang, Shunlong Ju, Chaoqun Li, Jiazheng Hao, Yahui Sun, Xuechun Hu, Wei Chen, Jie Chen, Lunhua He, Guanglin Xia*, Fang Fang*, Dalin Sun, Xuebin Yu*. Atomic reconstruction for realizing stable solar-driven reversible hydrogen storage of magnesium hydride. Nature Communications, 2024, 15(1): 2815.

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47077-y