Cr-Doped TiO2 Catalyzing Fast Hydrogen Absorption of MgH2 at Subzero Temperatures

脱氢 兴奋剂 离解(化学) 催化作用 材料科学 纳米材料基催化剂 吸附 活化能 吸附 氢气储存 无机化学 化学工程 化学 物理化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Jiajing Zhu,Hui Wang,Yuqi Zhai,Liangjun Huang,Jie Cui,Liuzhang Ouyang,Min Zhu,Jacques Huot
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (15): 6667-6676 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c01283
摘要

MgH2 is a promising solid-state hydrogen storage medium with a high hydrogen capacity and low cost, but it suffers from high hydrogen sorption temperatures. In this work, Cr-doped TiO2 solid solution nanocatalysts were synthesized and demonstrated to significantly reduce the hydrogen sorption temperatures and pressure of MgH2. The Ti(5Cr)O2 catalyzed MgH2 releases over 6.1 wt % of H2 at 200 °C, and even at 175 °C, 2.62 wt % H2 can be desorbed. The dehydrogenation activation energy is greatly reduced to 85.3 ± 8.7 kJ/mol, which is ∼49.7 kJ/mol less than that observed for pure MgH2. The dehydrogenated product can absorb 4.5 wt % of H2 within 10 s at a low temperature of −20 °C and back pressure of 30 bar, or the hydrogen uptake content can reach 4.81 wt % under 5 bar and 75 °C. The mechanism study indicates that the Cr-doped TiO2 can markedly reduce the adsorption energy and dissociation energy barrier of H2 molecules and greatly enhance the dissociation ability of H on the catalyst surface. This work demonstrates the potential of modified TiO2 as a cost-effective and efficient catalyst for Mg-based hydrogen storage materials.
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