Enhancing Hydrogen Storage Performance of Magnesium Hydride via the In Situ Formed Co/La4Co3O9 Heterostructure Derived from a Three-Dimensional Network LaCoO3

脱氢 材料科学 氢气储存 催化作用 氢化物 异质结 氢化镁 无机化学 晶体结构 纳米技术 化学工程 金属 光电子学 冶金 结晶学 有机化学 复合材料 化学 合金 工程类
作者
Jiabao Bai,Yaoyu Du,Yana Liu,Yunfeng Zhu,Jiguang Zhang,Run Shi,Jun Wang,Zhixin Ba,Wenrong Cai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c11246
摘要

In this work, a three-dimensional network LaCoO3 (3D LaCoO3) was successfully synthesized by the colloidal crystal template technique and used for optimizing the de/hydrogenation performance of magnesium hydride (MgH2). 3D LaCoO3 displays a unique three-dimensional network macroporous structure with interconnected pores, where LaCoO3 nanoparticles (10-20 nm) are homogeneously anchored on the macroporous pore walls. Remarkably, MgH2 doped with 5 wt % 3D LaCoO3 can quickly release 6.06 wt % H2 at 300 °C within 1200 s and absorb 6.13 wt % H2 at 175 °C within 1800 s. Furthermore, MgH2-5 wt % 3D LaCoO3 exhibits a capacity retention rate of 98.12% after 10 cycles, indicating excellent reversibility. The superior catalytic performance originates from the unique 3D network structure of 3D LaCoO3 and the in situ formed Co/La4Co3O9 heterostructure during the first dehydrogenation process. The 3D network structure can make a more uniform distribution of the catalyst during ball milling, leading to more catalytic active sites. The experimental results prove that the in situ formed Co/La4Co3O9 heterostructure plays a key role in enhancing the de/hydrogenation performance of MgH2. Additionally, the DFT calculation results confirm that the Co/La4Co3O9 heterostructure exhibits a higher hydrogen absorption ability due to significant electron transfer between the Co and La4Co3O9 interfaces, which can facilitate the hydrogen absorption and desorption of MgH2. These findings provide a fresh approach to designing and preparing catalysts with distinctive morphologies for MgH2-based systems.
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