摘要:
MgH2作为优秀的氢能源载体具有诸多优点,但其吸放氢温度较高限制了实际应用,目前通过催化的方法可以很好地改善其吸放氢性能。过渡金属与B元素之间存在轨道杂化作用,且B元素具有电子阱效应,因此过渡金属硼化物被认为是极具潜力的能源催化材料。本研究通过简单的还原法,设计并制备出一种具有电子陷阱的非晶态鳞片状高熵硼化物(HEB),催化改善氢化镁(MgH2)的储氢性能。在放氢性能方面,添加了10wt% HEB的MgH2起始脱氢温度降至 187.4°C;此外,该复合材料还展现出优异的等温动力学性能,在270°C的温度下,15分钟内可实现完全放氢,放氢量为6.69wt% H2,且MgH2 + 10wt% HEB的活化能从(212.78 ± 3.93) kJ/mol 降至(65.04 ± 2.81 )kJ/mol。MgH2 + 10wt% HEB在吸氢性能方面表现优秀,复合材料可在21.5°C下吸氢,且在75°C条件下,50分钟内即可实现5.02wt%的吸氢容量。在可逆储氢容量测试中,经过30次循环后,该复合材料仍可以保持97%的可逆储氢容量(6.47wt%)。结合微观结构表征结果与储氢性能数据,本研究提出了相应的催化机理:在球磨过程中,鳞片状高熵硼化物在MgH2表面铆定了大量异质活性位点;在 "鸡尾酒效应"(cocktail effect)及金属硼化物轨道杂化作用的共同驱动下,这些丰富的活性位点稳定地促进了MgH2的储氢性能。