Con l’esaurimento dei combustibili fossili e il riscaldamento globale, c’è un urgente bisogno di cercare risorse energetiche verdi, pulite ed efficienti. In questo contesto, l’idrogeno è considerato un potenziale candidato per sostituire i combustibili fossili grazie alla sua elevata densità energetica e alla sua natura rispettosa dell’ambiente. Per realizzare lo sviluppo di un'economia dell'idrogeno, sono cruciali tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno sicure ed efficienti.
Rispetto alle tradizionali tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno compresso e dell’idrogeno liquido criogenico, lo stoccaggio dell’idrogeno allo stato solido è considerato un metodo più sicuro ed efficiente. Idruro di magnesio (MgH2 ), come uno dei materiali più promettenti per lo stoccaggio dell'idrogeno allo stato solido, ha attirato l'attenzione grazie alle sue abbondanti risorse elementari, all'elevata capacità di stoccaggio dell'idrogeno, alla buona reversibilità e alla non tossicità. Tuttavia, la temperatura operativa relativamente elevata di MgH2 ne limita l'applicazione commerciale su larga scala nello stoccaggio veicolare o stazionario dell'idrogeno.
L'introduzione di catalizzatori a base di metalli di transizione con strutture elettroniche tridimensionali uniche è considerata un metodo efficace per migliorare la cinetica di MgH2 . Il vanadio (V) e i suoi ossidi sono spesso usati come catalizzatori per MgH2 grazie alla loro multivalenza ed elevata attività catalitica. Tuttavia, a causa dell'elevata duttilità del vanadio metallico e dell'attività relativamente bassa, gli ossidi a base di vanadio hanno prospettive di applicazione più ampie.
V2 stratificato O5 con una struttura a strati è uno dei catalizzatori promettenti per migliorare le prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno di MgH2 /Mg, ma capacità catalitica limitata a causa del contatto insufficiente tra V2 O5 e MgH2 .
Per affrontare questo problema, il team del dottor Jianxin Zou presso l'Università Jiao Tong di Shanghai ha utilizzato un metodo solvotermico seguito da successiva idrogenazione per preparare V2 idrogenato ultrasottile. O5 nanofogli con abbondanti posti vacanti di ossigeno e li hanno utilizzati come catalizzatori per migliorare le prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno di MgH2 .
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nano-Micro Letters .
Il MgH2 -HV2 O5 il materiale composito mostra eccellenti prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno, inclusa una temperatura di desorbimento inferiore (Tonset =185°C), cinetica di desorbimento rapido (Ea =84,55 kJ mol −1 H2 per il desorbimento) e stabilità ciclica a lungo termine (ritenzione della capacità fino al 99% dopo 100 cicli). In particolare, il MgH2 -HV2 O5 il materiale composito mostra eccezionali prestazioni di assorbimento dell'idrogeno a temperatura ambiente, con una capacità di assorbimento dell'idrogeno del 2,38% in peso entro 60 minuti a 30°C.
L'H-V2 O5 i nanofogli sintetizzati dal team del Dr. Zou possiedono una struttura bidimensionale unica e abbondanti posti vacanti di ossigeno, consentendo la formazione in situ di V/VH2 durante il processo di reazione, che contribuiscono tutti a migliorare le prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno di MgH2 .
Utilizzando un metodo solvotermico per creare una struttura stratificata anisotropa distinta, si forma una superficie altamente esposta, fornendo così più siti e percorsi attivi per la diffusione di idrogeno/elettroni, migliorando così le prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno. Inoltre, cosa fondamentale, la presenza di posti vacanti di ossigeno accelera il trasferimento di elettroni, stimolando l'effetto "pompa di idrogeno" di VH2 /V, facilitando la deidrogenazione di VH2 e MgH2 e riducendo le barriere energetiche per la dissociazione e la ricombinazione dell'idrogeno.
L'introduzione dell'ingegneria dei difetti dei posti vacanti di ossigeno nel catalizzatore apre quindi una nuova strada per migliorare la stabilità ciclica e le prestazioni cinetiche di MgH2 .
Ulteriori informazioni: Li Ren et al, Potenziamento delle prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno di MgH2 mediante nanosheet H-V2O5 ricco di posti vacanti di ossigeno come pompa H eccitata, nano-micro lettere (2024). DOI:10.1007/s40820-024-01375-8
Fornito dal Centro giornalistico dell'Università Jiao Tong di Shanghai
