近日，上海交通大學材料科學與工程學院氫科學中心教授鄒建新課題組與鄧濤團隊的特別研究員鄔劍波課題組合作在鎂基儲氫材料領域取得重要研究進展。相關成果以「Visualization of fast「hydrogen pump」in core-shell nanostructuredMg@Ptthrough hydrogen-stabilized Mg3Pt」為題，發表在能源類國際頂級期刊Journal of Materials Chemistry A上。該工作以鎂基儲氫材料為對象，研究了Pt納米催化劑包覆對鎂儲氫性能的影響，通過原位TEM觀察MgH2放氫過程，結合DFT理論計算，深入研究了過渡金屬納米催化劑對鎂儲氫的「氫泵」作用機理，這對先進鎂基儲氫材料的設計與製備具有重要的理論指導意義。
鎂基儲氫材料是非常有應用潛力的固態儲氫介質，其儲氫密度高(7.6wt%H2)、環境友好、資源豐富。然而熱力學穩定和放氫動力學緩慢以及在空氣中易被氧化這些缺點限制了它的實際應用。該研究通過電弧等離子體法和固相反應法製備得到了以二十面體Mg顆粒為核心、納米Pt均勻分布在Mg表面的具有核殼結構的Mg@Pt納米複合材料，顯著提升了Mg的吸放氫性能。採用高分辨透射電鏡(HRTEM)觀察了Mg@Pt的微結構，並原位觀察了MgH2/Pt複合材料的放氫過程。結果表明，吸氫過程中，Mg顆粒上的Pt具有明顯的「溢流作用」，可以通過分解氫分子來改善Mg的吸氫動力學性能；繼續吸氫後，Pt轉化為H穩定化的Mg3Pt。DFT計算和原位TEM觀察表明，在放氫過程中，H穩定化的Mg3Pt在MgH2放氫的過程中扮演了「氫泵」角色，當MgH2完全放氫後Mg3Pt再次轉化為Pt。通過這種作用，MgH2/Pt複合材料的放氫性能得到了改善。這種採用透射電鏡原位直觀展示「氫泵」作用的方法，為研究鎂基儲氫材料的儲氫機理提供了一種新的手段。
本論文第一作者為上海交通大學博士生盧翀和馬豔玲，該研究成果得到了國家自然科學基金(51771112、21875137、51521004、51420105009)、國家重點研發計劃項目(2018YFB1502104)、上海市基礎研究重點項目No.14JC1491600、上海市教委「曙光學者」項目、上海交通大學氫科學中心以及上海交通大學超級計算機中心的計算資源等的資助與幫助。