综述:非热外场驱动高密度储氢材料的合成与性能调控

【字体: 时间:2025年08月27日 来源:Energy Storage Materials 20.2

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  本综述系统总结了等离子体、超声、微波、光及电场等非热外场驱动技术在储氢材料(HSM)合成与性能调控中的创新应用,重点探讨了其对Mg基、复合氢化物等高密度HSM的低温高效脱/吸氢(de-/hydrogenation)促进作用,揭示了电子转移(d-band调控)、化学键弱化等机制,为突破传统热驱动局限提供了新策略。

  

等离子场驱动HSM合成与性能调控

等离子体技术通过调控放电参数(功率/电压/脉冲)产生高能离子,可高效合成纳米结构储氢材料。例如,氩等离子体处理使MgH2表面形成缺陷位点,其脱氢起始温度降至180°C,归因于等离子体诱导的Mg-H键解离及原位催化相生成。

超声场驱动HSM合成与性能调控

超声空化效应产生的瞬时高温(>5000K)和高压可破碎材料颗粒并增强传质。研究表明,超声辅助球磨使TiFe合金吸氢速率提升3倍,归因于空化微射流促进的表面活化及亚稳态相形成。

微波场驱动HSM合成与性能调控

微波对极性分子(如MgH2)的选择性加热可实现快速升温。实验显示,2.45GHz微波辐照使NaAlH4脱氢活化能降低40%,机理涉及Al-H键的偶极极化及局域热点效应。

光场驱动HSM合成与性能调控

激光辐照凭借高能量密度(>108 W/cm2)可精准调控材料微观结构。Pd修饰的Mg薄膜在可见光照射下实现室温吸氢,源于表面等离子体共振(SPR)效应引发的热电子注入。

电场驱动性能调控

外电场通过调控电子云分布(如Mg2+的3s轨道)弱化Mg-H键。DFT计算表明,1V/nm电场可使MgH2(110)面脱附能垒下降0.8eV,与实验观测的150°C低温放氢现象吻合。

总结与展望

非热外场技术通过多物理场协同(如等离子体-微波耦合)展现出突破热力学限制的潜力,未来需解决规模化制备与能耗优化等挑战,推动其在车载储氢等场景的应用。

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