通过钠修饰的III族氮化物萘类化合物实现可逆的氢储存：迈向实用的解吸技术与元素可持续性

《ACS Applied Energy Materials》：Reversible Hydrogen Storage via Na-Decorated Group III Nitride Naphthylene Analog: Toward Practical Desorption and Elemental Sustainability

储氢材料钠修饰的AlN/GaN/InN单层在密度泛函理论计算中表现出非解离吸附特性，吸附能-0.11至-0.37 eV符合DOE标准，19H?分子吸附量下体积储氢密度达40 kg/m3，为低能耗常压储氢系统提供新方案。

　　

研究表明，尽管某些金属氢化物和硼氢化物的重量储氢能力较低，但它们的体积氢（H₂）密度较高，因此在实际应用中仍然具有可行性。这些材料能够以单位体积存储和释放大量的氢气，同时将系统复杂性降至最低。本文利用从头算（ab initio）密度泛函理论计算方法，研究了所提出的原始XN（X = Al、Ga、In）以及掺钠后的XN的氢储存潜力。通过从头算分子动力学（AIMD）和投影晶体轨道哈密顿量（pCOHP）计算进一步验证了这些材料的稳定性。虽然钠原子能够以-1.08至-2.08 eV的吸附能量牢固地附着在所有单层材料上，但只有InN的吸附能量绝对值显著超过了钠块体的内聚能。注入的氢气与钠原子之间的相互作用得到改善，平均吸附能量介于-0.11至-0.37 eV之间，符合美国能源部（DOE）2025年的标准（-0.1至-0.6 eV）。此外，平均H–H键长几乎没有延长，表明氢分子发生了非解离吸附。实验结果表明，在2Na@InN表面吸附5到6个氢分子时，其在230–303 K的脱附压力下的性能表现达到了良好的平衡状态。后续的热力学分析表明，在实际的温度和压力条件下，吸附的氢分子数量可增加到19个。尽管这些材料的重量储氢能力低于5.0 wt%，但由于吸附能量、脱附温度、体积密度（超过40 kg H₂/m³）以及材料的可持续性之间的良好平衡，该系统成为在低能量、常压环境下进行氢储存的潜在候选材料。在这种环境下，体积储氢能力成为系统设计的关键因素，适用于模块化储罐和固定式系统，从而实现现场应用和发电厂的使用。