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氫氣作為一種高效的清潔能源載體，是未來能源體系的重要一環，但是目前的儲氫技術仍難以獲得安全并且較高的儲氫密度。MgH₂是一種具有前景的固態儲氫材料，MgH₂具有非常大的儲氫容量（7.6 wt. %）和較好的可逆儲氫能力，但是目前由于緩慢的脫附動力學導致MgH₂仍難以大規模的應用。人們發現催化劑能夠改善MgH₂的儲氫動力學，但是通常可能降低儲氫的容量。單原子催化劑能夠最大程度上利用原子和界面位點，顯著增強催化活性，但是單原子催化劑容易在高溫下團聚，因此限制了單原子催化劑的發展和應用。

有鑒于此，北京航天航空大學黃建媚等報道設計一種單原子Ni修飾TiO₂的催化劑，實現了優異的熱穩定性和催化活性。

本文要點

（1）

優化后的15wt%-Ni_0.034@TiO₂催化劑將MgH₂脫氫溫度降低至200 ℃，在300 ℃釋放和吸附質量為4.6 wt %的氫氣所需時間分別5 min。MgH₂脫氫和加氫的表觀活化能分別降低至64.35 kJ/mol和35.17 kJ/mol。在100次加氫/脫氫循環后的容量仍高達97.26 %。

（2）

作者將優異的催化活性歸功于單原子Ni、大量氧缺陷位點、多價態Ti^x+之間的協同催化作用。其中的Ni單原子起到關鍵催化作用，能夠加快Mg²⁺和H^-之間電子轉移，削弱Mg-H化學鍵。這項工作有助于發展性能優異的儲氫材料，而且將單原子催化劑的應用場景拓展到高溫固態化學反應領域。

參考文獻

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