氮化锆钴合金表面非金属重构策略：突破性抗毒化氢存储材料设计

本文推荐一种创新性表面非金属重构策略，通过原位氮化在ZrCo合金表面形成ZrNx保护层，其双功能机制（物理阻隔+电子结构调控）使抗CO/CO2毒化性能提升226倍，超越传统Pd涂层方案，为核聚变燃料（D/T）存储材料开发提供新范式。

　　

Highlight

表面非金属修饰策略显著提升锆钴基储氢合金抗毒化能力

Surface non-metallic modification of ZrCo with superior CO/CO₂ tolerance

如图1(a)所示，尽管原始ZrCo在纯H₂中表现出优异氢化活性，但含2000 ppm CO₂时需2000秒才能饱和，而CO的毒化效应更剧烈——同等条件下仅能吸收0.4 wt% H₂。令人惊讶的是，传统合金化改性策略（如添加Hf、Ti、Nb、Ni或Cu）均未能有效缓解毒化效应。

Conclusions

本工作揭示了表面非金属修饰对ZrCo基材料抗毒化性能的普适性增强机制。计算筛选表明氮元素是最佳表面添加剂，其诱导形成的香蕉状ZrN_x保护层（约5 nm）具有双重功能：通过将d带中心从-1.14 eV降至-1.91 eV削弱杂质气体化学吸附，同时构建物理选择性渗透屏障。该策略在Zr_0.8A_0.2Co（A=Hf/Nb/Ti）和ZrCo_0.8B_0.2（B=Ni/Cu）等系列合金中均展现卓越适用性，为可再生能源系统中的长效储氢材料设计开辟新路径。