钙钛矿型镁基氢化物的结构调控和储氢特性

镁基氢化物NaMgH3具有较高的储氢密度和特殊的钙钛矿结构，为了降低其吸/放氢温度和改善动力学性能，可采用元素掺杂对其进行结构调控。本项目对钙钛矿型镁基氢化物开展研究，采用高能球磨和高压加热合成方法对氢化物的阳离子进行元素替代，采用常规和同步辐射X射线衍射测定氢化物的晶体结构；测试其等温和变温放氢动力学性能和可逆储氢特性，分析氢化物在分解反应中的结构变化，揭示其反应机理；深入研究掺杂元素的离子半径、价态和掺杂浓度对氢化物晶体结构的影响规律及其与储氢特性的相关性。本项研究将有助于深入认识钙钛矿镁基氢化物这一新型储氢材料的结构调控规律及其储氢特性，对于此类新型高容量储氢材料的发展具有重要的指导意义。

通式为ABX3型的氢化物NaMgH3是一类具有独特钙钛矿结构和较高储氢密度的镁基三元氢化物，在可逆固态储氢领域具有潜在的应用价值。本项目详细研究了NaMgH3的合成方法、元素掺杂、吸放氢反应机理、储氢与水解制氢性能、及其对镁氢化物独特的催化性能。研究发现，NaMgH3可由NaH和MgH2在氢气气氛下球磨合成；实现了对NaMgH3氢化物的A位LiH掺杂，但无法对B位用CaH2, TiH2, ZrH2等氢化物掺杂。NaMgH3的分解反应分两步进行，首先是NaMgH3分解为NaH和MgH2，然后是MgH2脱氢，其脱氢温度相比于纯MgH2并未降低，但脱氢速率得到显著改善。研究还发现NaMgH3具有优异的水解产氢性能，完全消除了纯MgH2水解反应中的钝化现象。此外，研究首次发现NaMgH3氢化物对MgH2的吸/放氢反应具有优异的催化性能，只需添加少量的NaH, KH, NaOH, KOH与MgH2共同球磨，原位形成的NaMgH3, KMgH3对MgH2的脱氢性能具有良好的催化效果，显著提高MgH2的脱氢速率，其催化机理与NaMgH3的钙钛矿结构为氢的扩散提供了快速通道有关。本项目对钙钛矿型镁基氢化物的结构调控和储氢特性的研究揭示了此类氢化物的独特应用价值。