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定制NaBH4, LiBH4,Mg(BH4)2以及MgH2等轻金属储氢材料/氢氟酸不完全蚀刻块状Mxene-Ti2CTx的室温储氢机理
通过氢氟酸不完全蚀刻Mxene开发了一种高容量的室温储氢材料---块状Ti2CTx (T为官能团)。该材料在室温和相对安全的60 bar压力下储存8.8 wt%的氢气,几乎是已报道的相同压力下的较高储氢能力的两倍!即使在大气环境下(25℃,1 bar),块状Ti2CTx仍然能够保留约4wt%的氢气。值得一提的是,Ti2CTx材料中的储氢是稳定且高度可逆的,氢气的释放可以在低于95℃的温度下通过压力调控。
图文详情
一、Ti2CTx的制备及其结构表征
要点一:形貌结构表征显示,不完全蚀刻后的Ti2CTx纳米片呈现多层结构,且片层的层间距从6.8逐渐增加到9.0 Å。在残留Al原子的区域附近层间距离很窄,而插入了官能团(-F)的区域发生了层间膨胀,对应的层间距为6.8-8.7 Å。
要点二:XPS表征显示,Ti2CTx纳米片中残留的Al含量(保持较佳层间距离)约为2.64 at%,且表面官能团主要为-F。
要点三:由于具有较小的层间距(约7 Å),两个相邻的Ti2CTx纳米片会产生纳米泵效应,从而可以将H2吸入块状Ti2CTx中。
图1:Ti2CTx的结构表征。
Ti2CTx的储氢及氢气释放能力
要点一:氢吸附等温曲线结果显示,块状Ti2CTx在室温和60 bar压力下可以吸收8.8wt%的H2,几乎是先前报道的较高性能的两倍,体积储氢容量也高达96.4 kg H2 m-3。 据悉,Ti2CTx的重量和体积储氢容量甚至超过美国能源部(DOE)2020指标,即6.5%wt%和40 kg H2 m-3。
要点二:同时,Ti2CTx还表现出高度可逆的储氢释氢能力和良好的循环性,可以在几秒钟内释放80–85%吸收的H2,并在95 C和0.5–0.7 bar下10–20 min内完全释放残留的H2。
要点三:氢气的释放可以通过温度和压力进行调控。有趣的是,将操作环境从50 bar切换到大气环境(1bar)后,氢化的Ti2CTx仍然能够保留大约4wt%的H2。
图2:Ti2CTx的储氢释氢及循环性能表征
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