机械化学合成Ti2Ni基合金粉末的结构与吸氢性能研究及其在氢能存储中的应用

为解决传统氢存储材料容量低、循环稳定性差的问题，俄罗斯托拉州立工艺大学团队通过机械化学合成法将Ti与Ti-Ni粉末制备成Ti2Ni基合金，其氢含量提升数倍且形成Ti2-xNiH2.8氢化物，晶胞体积扩大17.6%。该研究为安全储氢提供了新型材料解决方案，发表于《Vacuum》。

　　

随着化石能源枯竭与环境污染加剧，氢能因其高热值（145 MJ/kg）和零碳排放特性成为理想替代能源。然而，氢气的安全存储面临重大挑战——高压气态储氢风险高，液态储氢需超低温（-196°C），而传统金属氢化物如LaNi₅和MgH₂又存在循环稳定性差、易氧化等问题。其中，Ti₂Ni合金虽具备优异抗腐蚀性，但其氢吸附能力高度依赖制备工艺，常规方法易产生阻碍氢扩散的氧化物层或不可逆氢化物Ti₂NiH_0.5。

为解决这一难题，俄罗斯科学院西伯利亚分院强度物理与材料科学研究所团队创新性地采用机械化学合成法，将工业级Ti-Ni粉末（PN55T45品牌）与钛粉（PTOM-1品牌）通过高能球磨结合真空热处理，成功制备出Ti₂Ni基合金粉末。研究发现，该方法通过机械力化学作用打破氧化物屏障，形成纳米晶与非晶混合相，使氢存储容量实现突破性提升。

关键技术包括：1）高能球磨（转速>500 rpm）诱导Ti/Ti-Ni粉末纳米化与非晶化；2）真空均质化热处理优化相组成；3）电化学氢化法测定吸氢性能；4）X射线衍射（XRD）分析晶体结构演变。

Features of the fine crystal structure
XRD显示机械处理后的粉末中TiNi相存在B2（立方）和B19`（单斜）两种变体，同时生成两种晶胞参数不同的Ti₂Ni同构相。球磨使TiNi相相干衍射域（CDD）尺寸从30 nm锐减至5 nm，并伴随大量缺陷形成，为氢扩散提供通道。

Conclusions
研究证实机械化学合成能同步实现三重优化：1）消除表面氧化层；2）形成Ti₂Ni(I)/Ti_2-xNi(II)多相协同体系，氢化后产生Ti_2-xNiH_2.8（晶胞膨胀17.6%）；3）纳米晶/非晶混合结构使吸氢量提升数倍。该成果不仅为开发安全储氢材料提供新思路，更揭示了机械化学合成在调控金属氢化物性能中的独特作用。

讨论指出，相较于传统电弧熔炼法，该工艺避免了Ni₃Ti等惰性相的生成，而TiNi相的存在可能通过"氢泵"效应促进氢传输。未来研究可进一步探索Ti₂Ni三种亚型（I/II/III）的氢化机制差异，以及机械活化对Ti₂NiH_3.6等高容量氢化物形成的促进作用。