揭示杂质气体对TiFe氢储存合金的毒害机制

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Unraveling the poisoning mechanism of impurity gases on TiFe hydrogen storage alloys

TiFe合金作为AB型储氢材料在氢能存储中具有重要潜力，但常见杂质气体（O2、CO、CO2、CH4）会显著影响其储氢性能和动力学行为。研究发现CH4仅通过物理覆盖作用抑制储氢，而CO、CO2占据氢活性位点阻碍氢解吸和吸附，O2则与合金直接反应形成钝化层。实验结合原位FTIR和DFT计算揭示了杂质气体的吸附能差异与毒化机制关联，为设计抗毒化Ti基高熵合金提供了理论依据。

　　

摘要

TiFe合金是一种基于AB结构的氢储存材料，具有独特的性质和广泛的应用范围。然而，杂质气体（如O₂、CO、CO₂和CH₄）的存在对TiFe合金的氢储存能力和动力学性能有显著影响，极大地限制了其在实际氢储存中的应用。因此，在本研究中，我们探讨了TiFe_0.9合金在常见杂质气体（包括CH₄、CO、CO₂和O₂）存在下的氢吸收动力学和循环性能，并确定了相应的毒化机制。具体来说，我们发现CH₄并未与合金发生化学反应，而是通过物理覆盖作用影响其性能；而CO和CO₂则占据了H₂的活性位点，严重阻碍了H₂的解离和吸收过程。此外，O₂会与合金直接反应形成一层钝化层，阻止氢的吸收。这些发现通过原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）和密度泛函理论（DFT）得到了进一步验证。通过DFT计算得到的杂质气体与氢的吸附能量之间的关系补充了实验结果。理解这些毒化行为对于设计具有更强抗毒化能力的高熵Ti基氢储存合金至关重要。