综述：含Ti-V-Zr高熵合金储氢性能：VEC（价电子浓度）与电负性差对氢化温度预测能力的验证

《Journal of Alloys and Compounds》：HEAs with Ti – V – Zr for Hydrogen Storage, a Verification of the Predictability of VEC (Valence Electron Concentration) and Electronegativity Difference over the Hydriding Temperature

本文系统评述了Ti-V-Zr基高熵合金（HEA）的储氢特性，重点验证了价电子浓度（VEC）和电负性差（EDValloy）对脱氢温度的预测规律，指出电负性差参数对体心立方（bcc）HEAs具有更优的指导价值，为新型储氢材料设计提供了关键理论依据。

　　

高熵合金的储氢潜力探索

在应对气候变化的紧迫需求下，氢能作为一种可持续能源载体备受关注。其中，固态储氢材料因其安全性高、能耗低等优势成为研究热点。高熵合金（HEA）作为新兴材料，在储氢领域展现出巨大潜力，特别是含有钛（Ti）、钒（V）、锆（Zr）等强氢吸附元素的合金体系。

关键元素与氢相互作用机制

钛、钒、锆因其氢化物形成焓负值大，与氢结合能力强。钛氢化物（TiH₂）可逆储氢容量约1.05 wt.%，但脱氢温度高达500-600°C。钒氢化物（VH₂）在40°C、3-4 bar条件下即可实现1.9 wt.%的可逆储氢，具有更优的实用前景。锆易形成多种氢化物（如ζ-Zr₂H、γ-ZrH等），但其表面氧化层会抑制反应动力学。通过合金化调控，Ti-V-Zr三元体系可产生协同效应，显著改善储氢性能。

高熵合金的四大核心效应

高熵合金的特性源于四大核心效应：高熵效应通过最大化混合熵（ΔS_mix）稳定固溶体相；晶格畸变效应由原子尺寸差异引起，为氢扩散提供路径；缓慢扩散效应抑制晶粒生长，促进纳米结构形成；鸡尾酒效应通过元素间协同作用优化氢结合能。这些效应共同赋予HEAs可调的储氢性能。

预测参数的关键作用

面对海量可能的HEAs组合，开发快速预测参数至关重要。价电子浓度（VEC）可预测晶体结构：VEC < 6.87时形成体心立方（bcc）结构，VEC ≥ 8时形成面心立方（fcc）结构。研究表明，VEC < 4.9的bcc-HEAs可实现1.5-2.0 H/M的高储氢容量。电负性差参数（EDV_alloy）通过计算合金元素与氢的电负性差异，更精准关联脱氢温度。对于bcc-HEAs，EDV_alloy值与脱氢温度呈现显著相关性。

Laves相的影响与结构多样性

Ti-V-Zr体系常形成C14 Laves相（VEC介于5.3-7.7），其17个四面体间隙位点为氢存储提供空间。研究表明，bcc与Laves相共存时，VEC预测脱氢温度的线性关系减弱，凸显晶体结构对储氢性能的调控作用。氢在bcc结构中优先占据四面体间隙，而在氢化过程中可能发生bcc→fcc相变，进一步影响储氢容量。

结论与展望

Ti-V-Zr基高熵合金的储氢性能可通过VEC和EDV_alloy等参数初步预测。对于bcc结构合金，电负性差与脱氢温度的相关性优于VEC；而当Laves相存在时，需结合晶体结构综合分析。未来研究需整合机器学习等多学科手段，加速高性能储氢HEAs的开发。