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为解决 MgH?因高分解温度、慢脱氢动力学限制储氢应用的问题，研究人员开展 Fe 掺杂空心二氧化硅球（HSS）对 MgH?储氢性能影响研究。发现 7wt% Fe-HSS 显著提升性能，降低脱氢温度，提高吸放氢容量，为 MgH?储氢优化提供新路径。
氢能作为极具潜力的清洁能源载体，其实际应用却被储存难题狠狠绊住了脚。在众多储氢方式中，固态储氢尤其是利用氢化镁（MgH?）储氢，因具有较高的储氢容量而备受关注。然而，MgH?的应用却面临着 “双重阻碍”：一是分解温度过高，二是脱氢动力学缓慢，这使得它在储氢领域的潜力难以充分释放。为了突破这些瓶颈，来自相关研究机构的研究人员开展了一项旨在提升 MgH?储氢性能的研究，该研究成果发表在《Fuel》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过溶胶 - 凝胶 / 乳液法制备空心二氧化硅球（HSS），以四乙基 orthosilicate（TEOS）为前驱体；运用湿浸渍法将不同含量（3wt%、5wt%、7wt%、10wt%）的 Fe 纳米颗粒掺杂到 HSS 中，制备出 Fe-HSS 复合材料；再将合成的 Fe-HSS 复合材料与 MgH?粉末进行球磨，构建 MgH?-Fe-HSS 复合储氢体系；利用透射电子显微镜（TEM）等手段对材料的结构和形貌进行表征，通过吸放氢性能测试考察复合体系的储氢能力。
不同 Fe 含量 Fe-HSS 对 MgH?脱氢温度的影响
研究人员对纯 MgH?、球磨 MgH?以及掺杂不同含量 Fe-HSS 的 MgH?的脱氢起始温度进行了测试。结果显示，纯 MgH?的脱氢起始温度为 420°C，球磨处理后降至 350°C。而掺杂 3wt%、5wt%、7wt%、10wt% Fe-HSS 的 MgH?，其脱氢起始温度分别为 359°C、345°C、320°C、335°C。其中，7wt% Fe-HSS 掺杂的 MgH?脱氢起始温度相比纯 MgH?降低了 105°C，相比球磨 MgH?降低了 30°C，且与掺杂 Fe 纳米颗粒的 MgH?脱氢起始温度相近（320°C），表明 Fe-HSS 对 MgH?脱氢温度的降低具有显著促进作用。
Fe-HSS 对 MgH?吸放氢容量的影响
在吸氢性能方面，320°C 下，7Fe-HSS 复合材料在 2 分钟内的吸氢量达到 6.09wt%，远高于球磨 MgH?（4.66wt%）、MgH?-HSS（4.49wt%）和 MgH?-Fe 纳米颗粒（4.45wt%）。在放氢性能方面，320°C 下 60 分钟内，7Fe-HSS 样品的放氢量为 4.85wt%，显著高于球磨 MgH?（0.4wt%）、MgH?-HSS（3.37wt%）和 MgH?-Fe 纳米颗粒（4.23wt%）。此外，不同 Fe 含量的 Fe-HSS 样品在 20 分钟时的吸氢容量也呈现出随 Fe 含量先增加后减少的趋势，7wt% Fe-HSS 时吸氢容量最高，进一步表明 7wt% 是较优的 Fe 掺杂比例。
Fe-HSS 复合体系的循环性能与结构分析
研究发现，7Fe-HSS 复合材料能够实现 5 次吸放氢循环，证明其具有良好的循环稳定性。通过 X 射线衍射（XRD）分析表明，Fe-HSS 复合体系中形成了 FeSi?，这说明 Fe 与 HSS 中的 Si 存在配位作用。这种配位作用有助于将 Fe 固定在 HSS 上，防止在吸放氢过程中 Fe 纳米颗粒的团聚，从而为提高 MgH?的吸放氢性能创造了有利条件。
活化能与焓变分析
对各掺杂样品的脱氢活化能进行分析，发现所有掺杂样品的活化能均有所降低，其中 7Fe-HSS 复合材料的活化能最低，为 115kJ/mol。与原始 MgH?相比，7Fe-HSS 的焓变降低了 58.4kJ/mol，这表明 Fe-HSS 的掺杂不仅改善了 MgH?的动力学性能，还对其热力学性能进行了优化，降低了反应的能垒，使得 MgH?的吸放氢过程更加容易进行。
综上所述，该研究通过将 Fe 纳米颗粒掺杂到空心二氧化硅球中，构建了高效的 MgH?-Fe-HSS 复合储氢体系。研究结果表明，7wt% Fe-HSS 是优化 MgH?储氢性能的最佳掺杂比例，其不仅显著降低了 MgH?的脱氢温度，提高了吸放氢容量和循环稳定性，还通过结构分析揭示了 Fe 与 Si 的配位作用对性能提升的关键作用。该研究为解决 MgH?在固态储氢中的应用难题提供了新的思路和策略，有望推动氢能存储技术的发展，为实现氢能的实际应用奠定重要基础。
