科学家创造了超薄的MgB2金属氢化物纳米片，可增加储氢能力
来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL)、桑迪亚国家实验室、印度理工学院甘地讷格尔和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家合作创造了 3-4 纳米超薄MgB?2 金属氢化物纳米片，可显着提高储氢能力。该研究发表在Small杂志上。
金属硼化物纳米结构在储氢应用方面显示出巨大的前景。然而，纳米级金属硼化物颗粒的合成具有挑战性，因为它们具有高表面能、强平面间和平面内键合以及难以控制的表面终止。在这里，证明了二硼化镁在氧化锆中的机械化学剥离可以高产率产生 3–4 nm 的超薄 MgB?2纳米片（多层）。这些多层在 70 MPa 和 330 °C 下进行高压氢化，然后在 390 °C 下进行脱氢，显示氢容量为 5.1 wt%，这比相同条件下块状 MgB 2 的容量大约 50倍。
这种增强归因于球磨和MgB2多层膜中不完全的Mg表面覆盖造成的缺陷位点，这破坏了稳定的硼-硼环结构。密度泛函理论计算表明，随着材料氢化，MgB?2纳米片表面上的Mg平衡发生变化，因为用Mg（BH4）2中的少量Mg空位交换MgB2表面上更大的Mg覆盖率在能量上是有利的。超薄层的剥离和形成是2D金属硼化物/硼氢化物研究的一个有前途的新方向，有可能在更温和的压力和温度下实现高容量可逆储氢。
氢气是所有燃料中能量密度最高的，被认为是地面交通、飞机和船舶的可行解决方案。然而，碳氢化合物燃料在体积能量密度方面优于压缩氢气，这推动了替代性的、基于更高密度材料存储方法的发展。找有价值的信息，请记住Byteclicks.com
复合金属氢化物是一类储氢材料，虽然具有很高的绝对存储容量，但可能需要极端的压力和温度才能达到该容量。该团队通过纳米尺寸解决了这一挑战，这增加了与氢反应的表面积并减少了所需的氢化深度。
之前的研究已经分析了纳米级二硼化镁 (MgB?2?)，包括 LLNL 的工作，但是，该研究中的材料并没有那么薄，最终聚集在一起。
在最近的合作中创造的材料来自氧化锆的无溶剂机械剥离，产生的材料只有 11-12 个原子层厚，并且可以氢化到大块材料容量的 50 倍左右。
这种氢化增加 50 倍恰好对应于表面积与体积比增加 50 倍，这表明块状材料和纳米片材料都在大约前两层氢化，这是一种与粒径无关的普遍行为。对于 11-12 层纳米材料两侧的两层，这代表了 MgB2 最大氢容量的三分之一。
MgB2 由交替的镁层和硼层组成，从镁层到硼层的电荷转移驱动硼层的稳定性。LLNL 计算表明，材料表面的不完全 Mg 覆盖在能量上有利于具有完全镁覆盖岛和其他不太稳定的无序表面硼层区域的表面结构。基于先前关于表面硼层无序化的工作，计算表明 MgB?2上的镁覆盖率在氢化时如何演变。
这些结果表明具有暴露硼的反应性 MgB?2表面如何在其氢化时变得更稳定，因为镁覆盖增加。通过这种机制，在适度的氢化条件下，氢化会减慢并停止。
进一步的纳米尺寸或新的化学改性以延迟或破坏表面镁的增加可以进一步提高 MgB?2作为储氢材料的性能。
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