MgBu2 nanosheets encapsulated in ZIF-8 for producing carbon scaffold in situ nanoconfined Mg hydrogen storage materials: Record-high loading and decreased dehydrogenation enthalpy

氢气储存 材料科学 脱氢 原位 碳纤维 化学工程 纳米技术 复合材料 催化作用 有机化学 热力学 化学 物理 合金 复合数 工程类
作者
Xiaofei Xing,Yuxiang Wang,Zhao Zhang,Mingxing Wei,Xinjia Zhang,Jian Zhou,Zhimei Sun,Tong Liu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:127: 109740-109740 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109740
摘要

Nanoconfinement is an effective strategy to improve the kinetic and thermodynamic properties of the Mg/MgH2 system. However, current nanoconfinement approaches including porous scaffolds impregnation and surface anchoring can hardly obtain high loading, agglomeration resistant, and air-stable Mg nanoparticles. Herein, we report a novel strategy for preparing carbon scaffold in situ nanoconfined Mg hydrogen storage materials. The 12.2 nm MgBu2 nanosheets precipitated by solvent displacement are encapsulated in ZIF-8 to prepare MgBu2@ZIF-8, which are then pyrolyzed at 800°C to obtain Mg@C nanocomposites with 8.7 nm Mg embedded in a carbon scaffold. First principles calculations have demonstrated that the addition of MgBu2 promotes the nucleation and growth of ZIF-8 to form MgBu2@ZIF-8. It is worth noting that the loading rate of Mg@C-3 sample reaches a record high of 76.3% and exhibits outstanding hydrogen storage performances. Surprisingly, the enthalpy of hydrogen absorption/desorption sharply decreases to -62.0/63.1 kJ mol-1 H2. Mg@C-3 can absorb 4.4 wt% H2 at 200°C and desorb 4.0 wt% H2 at 250°C, and the activation energy for hydrogen absorption/desorption is reduced to a staggering 53.1/74.2 kJ mol-1 H2. Moreover, Mg@C-3 shows high cycling stability and antioxidant performance. This work opens a novel approach for the development of nanoconfined Mg nanocomposites with excellent performances.
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