Modulation on Surface Termination Groups to Optimize the Adsorption Energy and Work Function of Nb2CTx for Enhanced Hydrogen Storage in Magnesium Hydride

材料科学 氢气储存 吸附 工作职能 氢化物 调制(音乐) 氢化镁 工作(物理) 能量(信号处理) 储能 化学工程 纳米技术 物理化学 冶金 热力学 金属 有机化学 声学 物理 功率(物理) 化学 合金 图层(电子) 量子力学 工程类
作者
Tao Zhong,Tian Xu,Liuting Zhang,Li Wang,Fuying Wu,Xuebin Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adfm.202418230
摘要

Abstract Exploring high‐performance catalysts for hydrogen storage in magnesium hydride (MgH 2 ) is crucial but still a challenge. Herein, Nb 2 CT x with controllable surface termination groups is developed as an efficient catalyst and the bifunctional modulation (adsorption energy and work function) of different surface termination groups (F, O, OH, or defects) is explored. First, compared to F and O, the introduction of OH on the surface or the direct removal of functional groups both leads to a significant increase in the adsorption of H by Nb 2 CT x . Second, compared to the surface bare, OH‐rich Nb 2 CT x has a lower work function, making it easier for hydrogen to enter Mg/MgH 2 from the Nb 2 CT x surface or escape from the Mg/MgH 2 surface into the Nb 2 CT x , thus facilitating the hydrogen ad/desorption properties of MgH 2 , i.e., the rate‐determining step (RDS) shifts from penetration to diffusion. The Nb 2 CT x ‐KOH‐catalyzed MgH 2 with optimal surface termination groups, therefore exhibits a release of 6.56 wt.% H 2 in 5 min at 250 °C, and 6.46 wt.% H 2 uptake within 5 min at 150 °C. The dehydrogenation and hydrogen uptake activation energies show 49.5% and 60.1% enhancements over pristine MgH 2 . In addition, a storage capacity of 5.51 wt.% is maintained after 50 dehydrogenation/hydrogenation cycles.
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