研究人员找出了影响MgH2储氢材料性能的关键障碍

一组研究人员已经确定了一种影响常见固态氢材料性能的关键障碍，他们发现的细节发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。

氢将在为我们的未来提供能源方面发挥重要作用。它燃烧时不会产生有害气体。但是氢的储存和运输既昂贵又有风险。

目前氢的储存方式主要有三种：高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。在固态储氢中，固态材料通常更安全，并提供更高的储氢密度。

金属氢化物由于其巨大的储氢潜力和低成本而被长期探索。当这些金属与气态氢接触时，氢被吸收到表面。进一步的能量输入导致氢原子进入金属的晶格，直到金属被氢饱和。从那里，材料可以吸收和解吸大量的氢。

氢化镁(MgH2)在储氢能力方面表现出了巨大的潜力。然而，氢化镁分解并产生氢气需要高温。此外，该材料复杂的氢迁移和解吸，导致脱氢动力学缓慢，阻碍了其商业应用。

几十年来，科学家们一直在争论为什么MgH2中的脱氢如此困难。但现在，研究小组找到了答案。

利用基于自旋极化密度泛函理论和范德华修正的计算，他们发现了MgH2脱氢过程中的“爆裂效应”。初始脱氢势垒为2.52和2.53 eV，随后的反应势垒为0.12-1.51 eV。

研究小组用晶体轨道哈密顿布居(Crystal Orbital Hamilton Population, COHP)法进行了进一步的键分析，他们证实了镁-氢化物键强度随着脱氢过程的继续而下降。

日本东北大学高级材料研究所的研究人员指出：“氢迁移和氢解吸在初始爆裂效应之后要容易得多。促进这种解吸过程的结构工程调整可能是促进MgH2氢解吸的关键。”

研究人员证明，当第一层原子氢存在时，氢空位保持了高度的电子局域化。通过从头计算分子动力学模拟对表面脱氢后MgH2的动力学特性进行的分析也提供了额外的证据。