Energy Storage Materials: 氮激发的氧化铌具有优异的催化活性,可在环境温度下快速将镁完全氢化
科研小鱼儿 痴迷文献 2020-02-25

   固态储氢是安全,高效和经济的储氢的首选方案。 MgH2的氢气容量为7.6 wt%,以其良好的可逆性,低成本和环境友好性而作为最有前途的氢气存储介质之一受到了广泛关注。然而,从MgH2放氢通常需要高温,并且由于其高的热稳定性(ΔH:〜75 kJ/mol.H2)和反应势垒(ΔE:〜161 kJ/mol)而导致其动力学与热力学性能较差。浙江大学刘永锋课题组的研究表明,采用含氮的Nb2O5催化脱氢后的MgH2使得其在100 °C以下可以完全被氢化,掺有N-Nb2O5(10 w%)的MgH2复合材料起始放氢温度为从170 °C,与纯MgH2相比,降低了130 °C,同时仍具有6.3 wt%的氢容量。更重要的是,含N-Nb2O5的脱氢样品可在50 atm的氢压下,在低至70°C的温度下就可以实现完全氢化,这优于其他已知的掺杂催化剂的MgH2体系。

主要内容:

1)通过溶剂热法成功地合成了非晶态的N-Nb2O5。其形貌表现为粗略蠕虫状的链状颗粒,尺寸约为2 μm,表面非常光滑,与此同时,一些N原子插入Nb2O5晶格中

1-s2.0-S2405829719305239-gr1_lrg.jpg



2)通过添加N-Nb2O5,大部分MgH2脱氢明显偏向较低温度。对于研磨后的MgH2 -1 wt%N-Nb2O5样品,起始脱氢温度从300℃降低了80°C,具有7.2 wt%的氢容量。有趣的是,在第二次脱氢循环期间,对于含N-Nb2O5的样品,观察到了脱氢操作温度的进一步降低,这对于增加N-Nb2O5量更为明显。掺有N-Nb2O5(10 w%)的MgH2复合材料起始放氢温度为从170 °C,与纯MgH2相比,降低了130 °C。

1-s2.0-S2405829719305239-gr2_lrg.jpg


3)揭示出含N-Nb2O5的MgH2样品中储氢温度显着降低的根本原因,在不同阶段收集了球磨和脱氢的样品并进行XPS测试,发现形成了具有的良好稳定性的NbN1-yOy,它具有稳定的循环耐久性。在第一个脱氢/再氢化循环后会形成新的NbN0.9O0.1化合物,这可能是导致随后的MgH2氢气释放表现出更好的催化活性的原因

1-s2.0-S2405829719305239-gr6_lrg.jpg


4)DFT计算表明,由于Mg-H键的延长,吸附在MgH2表面的Nb-NO团簇引起MgH2晶格的变形,不仅改变了Mg和H的电荷分布,而且削弱了Mg-H的电荷分布。 此外,N和Nb原子的存在对MgH2的DOS起到了很大的积极作用。在费米能级附近,这表示Nb-NO的催化活性高得多,因此有助于Mg-H键的解离和重组。这很好地解释了在MgH2中显着降低氢气存储温度的实验观察结果,将有助于指导高性能催化剂和/或催化剂前体的设计和开发。

1-s2.0-S2405829719305239-gr9_lrg.jpg

Ke Wang, Xin Zhang, Zhuanghe Ren, Xuelian Zhang, Jianjiang Hu, Mingxia Gao, Hongge Pan, Yongfeng Liu,

Nitrogen-stimulated superior catalytic activity of niobium oxide for fast full hydrogenation of magnesium at ambient temperature,Energy Storage Materials,2019(23),79-87

10.1016/j.ensm.2019.05.029.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719305239




加载更多
2552

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
痴迷文献

专注能源材料领域最新科研进展 做文献收集人

发布文章:11674篇 阅读次数:11091509
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 闽ICP备16031428号-1

关注公众号