近日，大连化物所复合氢化物材料化学研究组（DNL1901）陈萍研究员、曹湖军副研究员（第九批会员）与湘潭大学雷钢铁教授合作在外场辅助金属氢化物脱氢领域取得新进展，研究人员利用商业化质谱联用微波催化反应器，发现了MgH2-TiO2复合物在微波诱导下显著脱氢，并详细研究了微波辐照过程中的吸脱氢相变过程。

氢作为一种高效、清洁和可持续的“无碳”能源，被认为是最好的能源载体之一，然而，氢气安全、高效、便捷存储技术的缺失困扰了氢能的广泛发展和应用。MgH2因其储氢量高、可逆性好、成本低和无毒性，被认为是最具前途的储氢材料之一，但较高的操作温度和缓慢的吸脱氢动力学阻碍了其实际应用。合金化、催化和纳米化为代表的改性方法已被探索用于缓解上述问题，然而，MgH2商业化应用的预期性能指标仍未达到。这项工作表明，微波辐照和热的协同效应可能会推动MgH2进一步走向实际应用。

通过对比不同比例的MgH2-TiO2复合物在微波场中脱氢行为的区别，从热效应和非热效应的角度阐释了微波辐照对MgH2-TiO2复合材料储氢性能的影响。一方面，TiO2在球磨过程中部分被MgH2还原，晶格氧脱出形成含有晶格缺陷的TiO2-x物种；TiO2-x中的缺陷/空位可以通过局部共振耦合的形式与微波强烈相互作用，从而将微波能量转换为热能，形成温度远高于宏观温度的热点。另一方面，MgH2分解生成的Mg，会导致局部区域产生高电场，可能增强MgH2和TiO2的极化；通过削弱Mg-H和Ti-O键，导致MgH2快速分解与晶格氧进一步脱出。此外，MgH2和缺陷TiO2-x中的活性/空位之间的电子转移可以有效激活Mg-H并改善H-H耦合，实现较低宏观温度 (220 °C) 下的完全脱氢。

相关研究成果以“Microwave-assisted reduction of Ti species in MgH2-TiO2 composite and its effect on hydrogen storage”为题发表在Chemical Engineering Journal上。该论文第一作者是湘潭大学和大连化物所联合培养硕士生邹韧。该研究工作得到了国家重点研究开发计划、山东省重点研究开发项目、中科院青年创新促进会等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138072