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在全球能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的浪潮中，氫能已成為未來能源體系的關(guān)鍵。面向國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略與巨大能源市場(chǎng)需求，消納青海省豐富的鹽湖鎂資源，發(fā)展鹽湖基鎂基儲(chǔ)氫材料可助力青海省打造“世界級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地”與“國(guó)家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地”。然而，盡管鎂基材料因其高儲(chǔ)氫容量（理論達(dá)7.6 wt%）而備受矚目，但其緩慢的吸放氫動(dòng)力學(xué)和過高的工作溫度，始終是阻礙其實(shí)用化進(jìn)程的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

劉虎研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合陜西科技大學(xué)侯小江副教授團(tuán)隊(duì)的系列工作首先從宏觀理論層面為解決上述挑戰(zhàn)指明了方向。一項(xiàng)成果以研究成果以“Catalytic modifications to enhance the hydrogen storage behavior of Mg based materials: Single-component, multi-component single-phase and multi-phase interfacial composite catalytic（增強(qiáng)Mg基材料儲(chǔ)氫性能的催化改性：?jiǎn)谓M分、多組分單相和多相間復(fù)合催化）”為題發(fā)表于《Journal of Energy Chemistry》期刊。研究圍繞單組分催化、多組分單相催化及多相界面復(fù)合催化三大體系，系統(tǒng)分析了不同催化體系對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料吸放氫行為的作用機(jī)制，并結(jié)合當(dāng)前研究進(jìn)展與未來發(fā)展趨勢(shì)，深入探討了不同形態(tài)催化劑對(duì)鎂基材料儲(chǔ)氫行為的影響，提出了系列創(chuàng)新性觀點(diǎn)。該研究為提升鎂基材料的儲(chǔ)氫性能以及開發(fā)新型鎂基儲(chǔ)氫復(fù)合材料提供了新的思路與方法支撐。劉虎研究員、陜西科技大學(xué)侯小江副教授等為論文的通訊作者。

在系統(tǒng)梳理理論框架的基礎(chǔ)上，該合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將多相協(xié)同催化的設(shè)計(jì)思想付諸實(shí)踐，其成果以“Sandwich-like interlayer-structured TM/Ti₃C₂T_x (TM=Co, Fe, Ni) synergistic catalysts for accelerating hydrogen storage kinetics of MgH₂（用于加速 MgH₂儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)的三明治狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)TM/Ti₃C₂T_x（TM = Co，Fe，Ni）協(xié)同催化劑）”為題發(fā)表在《International Journal of Hydrogen Energy》期刊。該研究創(chuàng)新性構(gòu)建了“三明治”層狀結(jié)構(gòu)的TM/Ti₃C₂T_x（TM = Co, Fe, Ni）復(fù)合催化劑：以Ti₃C₂T_x為載體，通過一步還原法負(fù)載過渡金屬（Co、Fe、Ni），結(jié)合機(jī)械球磨實(shí)現(xiàn)催化劑在MgH₂中的均勻分散。這種設(shè)計(jì)既利用了Ti₃C₂T_x的高導(dǎo)電性、豐富表面官能團(tuán)及層狀結(jié)構(gòu)提供的氫擴(kuò)散通道，又整合了過渡金屬優(yōu)異的催化活性，可加速氫分子在MgH₂表面的解離，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫材料“內(nèi)外協(xié)同調(diào)控”。劉虎研究員、侯小江副教授和鎖國(guó)權(quán)副教授為該論文的共同通訊作者。

本系列研究得到青海省科學(xué)基金杰出學(xué)者項(xiàng)目（025-ZJ-966J）、中國(guó)科學(xué)院青年人才項(xiàng)目（E410GC03）、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及榆林市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。

氫化鎂吸脫附的可逆反應(yīng)過程示意圖。