Room-Temperature Transient Hydrogen Uptake of MgH2 Induced by Nb-Doped TiO2 Solid-Solution Catalysts

材料科学 脱氢 催化作用 氢气储存 兴奋剂 固溶体 离解(化学) 化学工程 密度泛函理论 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 合金 化学 冶金 光电子学 复合材料 工程类
作者
Dan Liang,Hui Wang,Xiao‐Bao Yang,Jiangwen Liu,Liuzhang Ouyang,Min Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (25): 30372-30382 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06033
摘要

The practical applications of MgH2 as a high-density hydrogen carrier depend heavily on efficient and low-cost catalysts to accelerate the dehydriding/hydriding reactions at moderate temperatures. In the present work, this issue is addressed by synthesizing Nb-doped TiO2 solid-solution-type catalysts that dramatically improve the hydrogen sorption performances of MgH2. The catalyzed MgH2 can absorb 5 wt % of H2 even at room temperature for 20 s, release 6 wt % of H2 at 225 °C within 12 min, and the complete dehydrogenation can be achieved at 150 °C under a dynamic vacuum atmosphere. Density functional theory calculations reveal that Nb doping introduces Nb 4d orbitals with stronger interaction with H 1s into the density of states of TiO2. This considerably enhances both the adsorption and dissociation ability of the H2 molecule on the catalysts surface and the hydrogen diffusion across the specific Mg/Ti(Nb)O2 interface. The successful implementation of solid solution-type catalysts in MgH2 offers a demonstration and inspiration for the development of high-performance catalysts and solid-state hydrogen storage materials.
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