Inducing One‐Step Dehydrogenation of Magnesium Borohydride via Confinement in Robust Dodecahedral Nitrogen‐Doped Porous Carbon Scaffold

材料科学 十二面体 脱氢 杂原子 碳纤维 硼氢化 介孔材料 微型多孔材料 化学工程 石墨烯 纳米技术 有机化学 催化作用 复合材料 结晶学 戒指(化学) 化学 复合数 工程类
作者
Yuxiao Jia,Bo Han,Jianchuan Wang,Sicheng Yuan,Lin Tang,Zheyu Zhang,Yongjin Zou,Lixian Sun,Yong Du,Lixin Chen,Xuezhang Xiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:10
标识
DOI:10.1002/adma.202406152
摘要

Abstract A dodecahedral activated N‐doped porous carbon scaffold is synthesized and used for the nanoconfinement of Mg(BH 4 ) 2 . The optimized mesoporous scaffold possesses an accumulated pore width of 2.65 nm, high specific surface area (3955.9 m 2 g −1 ), and large pore volume (2.15 cm 3 g −1 ), providing ample space for the confinement of Mg(BH 4 ) 2 particles and numerous surface active sites for interactions with the same. The confined Mg(BH 4 ) 2 system features a dehydrogenation onset temperature of 81.5 °C, an extremely high capacity of 10.2 wt% H 2 , and an almost single‐step dehydrogenation profile. Moreover, the system exhibits superior capacity retention of 82.7% after 20 cycles at a moderate temperature of 250 °C. Precise activation control enables a transformation from microporous carbon materials to mesoporous ones, and hence the efficient nanoconfinement of Mg(BH 4 ) 2 and realization of one‐step dehydrogenation. The evolution of borohydride intermediates is systematically revealed throughout the cycling process. Density functional theory calculations demonstrate defective N heteroatoms within the scaffold are vital in reducing the strength of B─H bonds, and the N‐doped carbon can facilitate decomposition of the irreversible MgB 12 H 12 intermediate. This study opens up new avenues for designing robust carbon scaffolds doped with heteroatoms and analyzing intermediate evolution in nanoconfined Mg‐based borohydride systems.
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