MXene基质增强纳米限域Mg(BH4)2可逆储氢性能的机制研究

针对镁硼氢化物(Mg(BH4)2)储氢材料存在的脱氢温度高、动力学缓慢等问题，研究人员创新性地采用溶液法将Mg(BH4)2纳米限域于V2C等MXene基质中，成功构建新型复合材料。最优组Mg(BH4)2@V2C的初始脱氢温度降至76.4°C，300°C时释氢量达9 wt%，循环4次后仍保持4.9 wt%容量，为下一代储氢系统设计提供了重要参考。

　　

随着化石能源枯竭与环境污染加剧，氢能因其清洁性和高能量密度成为理想能源载体。然而，氢气的安全高效储存仍是制约其规模化应用的瓶颈。镁硼氢化物(Mg(BH₄)₂)虽具有14.9 wt%的理论储氢容量，但存在脱氢温度高（通常>300°C）、动力学缓慢等缺陷。传统改性方法如催化剂掺杂或体系 destabilization（去稳定化）效果有限，而纳米限域技术通过减小颗粒尺寸、增加比表面积，可同步优化材料热力学与动力学性能。

中国研究人员在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，创新性地选择具有过渡金属活性位点的二维材料MXene（包括V₂C、Nb₂C和Ti₃C₂）作为基质，采用溶液法将Mg(BH₄)₂纳米限域于其层间结构。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)证实了材料的成功合成与均匀分散。

Materials preparation
研究以NaBH₄和MgCl₂为原料合成Mg(BH₄)₂，采用氢氟酸(HF)蚀刻法从MAX相前驱体制备多层MXene，最终通过THF溶剂将Mg(BH₄)₂负载到MXene上形成复合材料。

Results and discussion
XRD分析显示，经HF处理的MXene在2θ<10°出现特征峰，证实层状结构形成。Mg(BH₄)₂@V₂C复合材料表现出最优性能：初始脱氢温度仅76.4°C，较纯Mg(BH₄)₂降低约200°C；300°C时释氢量达9 wt%，活化能(104.44/118.52 kJ/mol)显著低于纯相。循环测试表明，4次吸脱氢后仍保持4.9 wt%容量，归因于V₂C的"功能化"基质作用——其过渡金属位点提供催化活性，而纳米限域效应抑制颗粒团聚。

Conclusion
该研究证实MXene基质通过纳米限域与催化协同作用，可同步改善Mg(BH₄)₂的热力学和动力学性能。特别是V₂C基复合材料展现出接近实用化的储氢性能，为设计高性能储氢材料提供了新思路。这项工作不仅推进了金属硼氢化物的改性研究，也为MXene在能源存储领域的应用开辟了新途径。