Mo2 C MXene催化镁基储氢材料（MgH2 ）的氢存储性能提升机制研究

为解决MgH2 储氢材料动力学性能差、脱氢温度高等问题，研究人员首次构建二维Mo2 C MXene催化剂，使MgH2 起始脱氢温度降低117°C至225°C，并在300°C下13分钟内释放6.7 wt% H2 ，活化能降至107.58 kJ/mol。该研究为开发高效固态储氢材料提供了新策略。

　　

氢能作为清洁能源的终极解决方案，其大规模应用却受限于安全高效的存储技术。镁基储氢材料(MgH₂
)虽具有7.6 wt%的高理论储氢容量和低成本优势，但实际应用中面临两大"拦路虎"：一是高达342°C的起始脱氢温度远超车载储氢系统要求（<85°C），二是缓慢的吸放氢动力学导致充氢需数小时。传统过渡金属催化剂虽能部分改善性能，但Mo基添加剂的研究多集中于单质或氧化物形态，对新兴二维过渡金属碳化物(MXene)的催化机制尚属空白。

针对这一挑战，河北工业大学的研究团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表突破性研究，首次将二维Mo₂
C MXene引入MgH₂
体系。通过氢氟酸蚀刻Mo₂
Ga₂
C前驱体制备多层Mo₂
C MXene（层厚200±50 nm），采用球磨法制备不同比例复合材料。结合温度程序脱附(TPD)、等温吸放氢测试、X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)等多维表征手段，揭示Mo⁰
/Mo²⁺
活性物种的催化机制。

微观形貌与组分表征
通过SEM观察到Mo₂
C MXene呈现0.5-3 μm的多层结构，XPS证实其表面存在Mo-C键（283.2 eV）和氧化态Mo物种（Mo⁵⁺
/Mo⁶⁺
）。球磨后Mo₂
C结构解离，形成零价Mo⁰
（228.4 eV）和二价Mo²⁺
（231.5 eV）活性中心，TEM-SAED显示这些物种均匀分布在MgH₂
基体中。

储氢性能突破
10 wt% Mo₂
C添加使体系性能实现"三级跳"：起始脱氢温度从342°C骤降至225°C；300°C下13分钟内完成6.7 wt% H₂
释放，较纯MgH₂
提速6倍；200°C吸氢时12分钟即可完成6.0 wt%储氢。循环测试显示10次循环后容量保持率高达92.5%，活化能(E_a
)降至107.58 kJ/mol，优于多数报道的Mo基催化剂（如Mo₂
S的89.9 kJ/mol）。

催化机制解析
XPS动态监测发现：脱氢过程中Mo⁰
/Mo²⁺
比例增加，氧空位(O_V
)含量上升；再氢化时晶格氧(O_L
)信号增强。这种"氧化还原穿梭"效应促进H₂
分子解离。理论计算证实Mo(111)晶面对Mg-H键的活化作用，使键长从1.91 ?拉伸至2.23 ?，解离能仅需0.005 eV。TEM追踪显示Mo⁰
纳米颗粒在循环中保持结构稳定，其与碳基体的协同作用构建了高效电子传输网络。

该研究不仅创制了迄今报道最高效的Mo基MgH₂
催化剂，更开创性地揭示了MXene衍生催化剂的"结构演变-活性位点-性能调控"关系。Mo₂
C MXene在球磨过程中自发转化为超细Mo⁰
纳米颗粒，其表面氧物种动态调控实现了对氢溢流效应的精准控制。这种"自下而上"的活性位点构建策略，为设计新一代非贵金属储氢催化剂提供了范式转移。未来通过调控MXene表面终端基团（如-F/-OH），有望进一步降低MgH₂
脱氢焓变，推动固态储氢技术迈向实际应用。