Single-Atom Cu Supported on Ti3C2Tx for Catalyzing Hydrogen Storage in MgH2

氢气储存 材料科学 Atom(片上系统) 结晶学 分析化学(期刊) 化学 冶金 合金 计算机科学 操作系统 有机化学 色谱法
作者
Heng Lu,Jianbo Li,Kunyan Nie,Ruilin Zhang,Yuan Chen,Fusheng Pan
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:: 3525-3534
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5c00482
摘要

Magnesium hydride (MgH2) has been considered a promising hydrogen storage material, but its commercial application is severely limited by high operating temperature and slow de/hydrogenation kinetics. Herein, an efficient catalyst, CuSA/Ti3C2Tx, is successfully synthesized by introducing a Cu single-atom into Ti3C2Tx MXene nanosheets and applied to MgH2. The synthesized MgH2 + 5 wt %CuSA/Ti3C2Tx (CuSA/Ti3C2Tx/MgH2) composite exhibits low initial dehydrogenation temperature (T = 241.73 °C) and rapidly dehydrogenation kinetics (Ea = 76.38 kJ/mol H2). Impressively, the CuSA/Ti3C2Tx/MgH2 composite desorbs 3.3 wt % of hydrogen within 240 min at 180 °C after 20 cycles, as well as an initial dehydrogenation temperature of 164.29 °C. The superior catalytic effect of CuSA/Ti3C2Tx catalyst is ascribed to the numerous catalytic active area, in-situ-formed active metallic Ti, and multivalent Ti species, accelerating the electron transfer and weakening the strength of Mg–H bonds. In particular, the Cu single-atom improved the stability of Ti4+ in Ti3C2Tx, thereby enhancing its catalytic ability. This work provides a new perspective for ameliorating the catalytic ability of MXene.
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