邹建新课题组在镁基储氢材料领域取得重要研究进展

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近日，上海交通大学材料科学与工程学院氢科学中心的邹建新教授课题组与邓涛团队的邬剑波特别研究员课题组合作在镁基储氢材料领域取得重要研究进展。相关成果以“Visualization of fast “hydrogen pump” in core-shell nanostructured Mg@Pt through hydrogen-stabilized Mg3Pt”为题，发表在能源类国际顶级期刊Journal of Chemistry Materials A（IF=10.733）上。该工作以Mg基储氢材料为对象，研究了Pt纳米催化剂包覆对Mg储氢性能的影响，通过原位TEM观察MgH2放氢过程，结合DFT理论计算，深入研究了过渡金属纳米催化剂对镁储氢的“氢泵”作用机理，这对先进镁基储氢材料的设计与制备具有重要的理论指导意义。

镁基储氢材料是非常有应用潜力的固态储氢介质，其储氢密度高（7.6 wt% H2）、环境友好、资源丰富。然而热力学稳定（ΔH =-75 kJ mol-1H2）和放氢动力学缓慢（放氢温度~ 300 oC）以及在空气中易被氧化这些缺点限制了它的实际应用。该研究通过电弧等离子体法和固相反应法制备得到了以二十面体Mg颗粒为核心、纳米Pt均匀分布在Mg表面的具有核壳结构的Mg@Pt纳米复合材料，显著提升了Mg的吸放氢性能。采用高分辨透射电镜(HRTEM)观察了Mg@Pt的微结构，并原位观察了MgH2/Pt复合材料的放氢过程。结果表明，吸氢过程中，Mg颗粒上的Pt具有明显的“溢流作用”，可以通过分解氢分子来改善Mg的吸氢动力学性能；继续吸氢后，Pt转化为H稳定化的Mg3Pt。DFT计算和原位TEM观察表明，在放氢过程中，H稳定化的Mg3Pt在MgH2放氢的过程中扮演了“氢泵”角色，当MgH2完全放氢后Mg3Pt再次转化为Pt。通过这种作用，MgH2/Pt复合材料的放氢性能得到了改善。这种采用透射电镜原位直观展示“氢泵”作用的方法，为研究镁基储氢材料的储氢机理提供了一种新的手段。


本论文第一作者为上海交通大学博士生卢翀和马艳玲，通讯作者是邹建新教授和邬剑波特别研究员。该研究成果得到了国家自然科学基金（51771112、21875137、51521004、51420105009）、国家重点研发计划项目（2018YFB1502104）、上海市基础研究重点项目No.14JC1491600、上海市教委“曙光学者”项目、上海交通大学氢科学中心以及上海交通大学超级计算机中心的计算资源等的资助与帮助。


原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 03038g#!divAbstract


邹建新，上海交通大学材料科学与工程学院教授、博导，入选2016年教育部青年长江学者奖励计划，材料基因组国家重点研发计划项目“轻质高强镁合金集成计算与制备” 首席科学家。在Science，Adv Mater, J of Materials Chemistry A, Acta Mater, Scripta Mater等国际知名期刊上发表SCI收录论文130篇，被他引超过1700次（h影响因子="30）。已授权国家发明专利9项（排名第一），曾获IFAM2015会议青年科学家奖，唐立新教育基金会优秀学者及材料研究学会优秀博士论文指导教师等奖励。


邓涛，中组部##计划专家，上海交通大学材料学院“致远”讲席教授。他的研究集中于仿生材料和微纳米仿生器件的制备及功能研究，包括仿生材料在能源的转换与储存，生物与化学检测，和光学调控方面的研究与应用。邓教授在材料科学和化学领域有着长期的工作经验。在中国科学技术大学获得材料化学学位后，他继续前往哈佛大学攻读博士学位，主攻方向为非常规微纳米结构及系统的制备。在获得博士学位后，他以博士后的身份加入麻省理工学院材料科学与工程系，专注于微纳米光子晶体的研究。2003年，邓教授加入通用电气位于美国纽约尼斯卡尤纳的全球研究中心，担任通用电气多个内外项目的高级科学家和首席研究员。2012年，邓教授转入上海交通大学。


邬剑波，现为上海交通大学材料科学与工程学院特别研究员。他于2005年7月和2007年7月在浙江大学材料科学与工程系材料物理与化学专业分别获工学学士和工学硕士学位。2007年-2012年在美国罗切斯特大学化学工程系攻读博士学位，师从杨宏教授，并于2012年7月获得博士学位。2012年8月加入美国伊利诺伊大学香槟分校材料系左建民教授实验室任博士后研究员，并工作至2014年11月。2014年12月加入上海交通大学材料科学与工程学院及金属基复合材料国家重点实验室。多年从事于金属基合金能源材料成分结构设计与制备，擅长于表面化学催化反应相关的材料表面结构和成分的控制。在国际著名杂志，包括Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Adv. Mater.,等发表44篇高水平论文，影响因子> 9 的有 11 篇（其中一篇工作被Nature的一篇综述报道），SCI他引达2500多次。拥有6项国内国际专利及专利申请。