氢气作为一种高效的清洁能源载体，是未来能源体系的重要一环，但是目前的储氢技术仍难以获得安全并且较高的储氢密度。MgH₂是一种具有前景的固态储氢材料，MgH₂具有非常大的储氢容量（7.6 wt. %）和较好的可逆储氢能力，但是目前由于缓慢的脱附动力学导致MgH₂仍难以大规模的应用。人们发现催化剂能够改善MgH₂的储氢动力学，但是通常可能降低储氢的容量。单原子催化剂能够最大程度上利用原子和界面位点，显著增强催化活性，但是单原子催化剂容易在高温下团聚，因此限制了单原子催化剂的发展和应用。

有鉴于此，北京航天航空大学黄建媚等报道设计一种单原子Ni修饰TiO₂的催化剂，实现了优异的热稳定性和催化活性。

本文要点

（1）

优化后的15wt%-Ni_0.034@TiO₂催化剂将MgH₂脱氢温度降低至200 ℃，在300 ℃释放和吸附质量为4.6 wt %的氢气所需时间分别5 min。MgH₂脱氢和加氢的表观活化能分别降低至64.35 kJ/mol和35.17 kJ/mol。在100次加氢/脱氢循环后的容量仍高达97.26 %。

（2）

作者将优异的催化活性归功于单原子Ni、大量氧缺陷位点、多价态Ti^x+之间的协同催化作用。其中的Ni单原子起到关键催化作用，能够加快Mg²⁺和H^-之间电子转移，削弱Mg-H化学键。这项工作有助于发展性能优异的储氢材料，而且将单原子催化剂的应用场景拓展到高温固态化学反应领域。

参考文献

Jiyue Zhang, Wenda Wang, Xiaowei Chen, Jinlong Jin, Xiaojun Yan, and Jianmei Huang*, Single-Atom Ni Supported on TiO₂ for Catalyzing Hydrogen Storage in MgH₂, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c13970

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13970