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氢能发展的核心挑战在于氢气的低成本制取、安全储运和高效应用，其中氢储运环节是氢能规模化应用的关键。Mg 基储氢材料因理论储氢容量高、资源丰富、成本低廉、环境友好等优势，被公认为最具产业化应用前景的固态储氢材料体系之一。然而，金属Mg本征高延展性导致的机械球磨纳米化难题、缓慢的吸脱氢动力学问题始终制约着其产业化应用。同时，纳米化后的镁基材料表面活性高，易发生水解腐蚀与氧化，因此循环稳定性差，这进一步阻碍了其规模化实际应用。

 

针对上述问题，重庆大学鲁杨帆教授团队创新性的提出了溶剂介导的部分离子化调控策略，通过系统的实验表征与第一性原理计算，首次揭示了溶剂吸附对镁基合金表面电子结构与机械性能的调控机制，并结合聚合物表面包覆策略，实现了材料纳米化效率与储氢综合性能的双重突破。这一发现为高延展性固态储氢材料的纳米颗粒制造提供了一种经济可扩展的高效策略。

 

Fig. 1 Solvent-assisted mechanical nanosizing processes mechanism diagram

 

低温动力学与长循环稳定性突破

 

低温脱氢动力学性能分析

 

240℃~300℃温度区间， 0、0.1、0.5wt.% 梯度聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）包覆量样品的脱氢动力学曲线，以及结合 JMAK 模型的 Arrhenius 方程拟合线如图2所示。纳米化后的 Mg_87.5Ni_5.5Y₇合金展现出突破性的低温脱氢动力学性能。

 

300℃下，3 分钟内即可释放 5.15 wt.% H₂，达到理论容量的 95%，平均脱氢速率达 1.71 wt.%・min^-1。

 

240℃下，15 分钟内脱氢量达 4.85 wt.%，17 分钟实现完全脱氢，平均脱氢速率达 0.46 wt.%・min^-1。 

 

通过 Arrhenius 拟合计算，材料的表观脱氢活化能仅为69.9 kJ·mol^-1，较块体 MgH₂（158.0 kJ・mol^-1）降低超 55%，大幅突破了镁基材料低温脱氢的动力学瓶颈。

 

Fig. 2 Isothermal dehydrogenation kinetics and activation energy data plot.

 

长循环稳定性能分析

 

循环稳定性是镁基储氢材料应用的核心指标，300℃下材料500 次吸放氢循环测试结果如图3所示。

 

未包覆 PMMA 的样品，初始储氢容量 4.86 wt.%，500 次循环后仍保持 4.52 wt.%，展现出优异的本征循环稳定性。

 

0.1 wt.% PMMA 包覆的样品，500 次循环后无明显的容量与动力学衰减，容量保持率近乎 100%，远超已报道的多数镁基储氢体系。

 

微观结构表征证实，PMMA 包覆层有效抑制了循环过程中的颗粒生长与烧结，使材料在长循环后仍保持稳定的纳米颗粒形貌，这是其循环稳定性优异的核心原因。

 

Fig. 3. Cycle stability of uncoated and 0.1-PMMA coated Mg_87.5Ni_5.5Y₇NPs

 

国仪量子H-Sorb 4600PCT Pro高压储氢吸附仪

 

高压储氢吸附仪可以实现材料在不同温度及不同高压环境下对氢气的吸放氢行为检测，可有效表征材料吸放氢温度和压力、吸放氢量、吸放氢速率等储氢材料吸放氢热/动力学关键性能。

 

 

产品特点：

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• 测试数据稳定复现，LaNi₅吸附量重复精度高达±1%

钴合金高压气动阀门支持5万次以上超长吸脱附循环测试

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• AI科研助手，数据问题智能解答、测试性能辅助分析

全自动吸脱附变温测试（PCT、Kinetics、Cycle）

全自动连续多温度测试（PCT、Kinetics） 

 

近期助力成果目录

 

1.Solvent-mediated partial ionicity enhances mechanical nanosizing effect of Mg-based hydrogen storage alloys. Nature Communications（2026）

2.A novel carbon-induced-porosity mechanism for improved cycling stability of magnesium hydride. Journal of Magnesium and Alloys（2025）

3. Impacts of Y addition on the hydrogen storage performance of Ti-Zr-Mn-Cr-Fe alloys. Journal of Alloys and Compounds（2026）

4.Effect of Ni doping on hydrogen storage kinetics and thermodynamic properties of ball-milled Nd-Mg alloy. Journal of Alloys and Compounds（2025）

5.Superior de/hydriding kinetics and cycling stability of Mg-CeAl3@CeH2 nanocomposites. Journal of Alloys and Compounds（2025）

6.Doping-induced enhanced hydrogenation resistance and structural stability in SmCo5 permanent magnets: A combined theoretical and experimental study. Journal of Alloys and Compounds（2026）

7.Breaking kinetic and thermodynamic barriers: CeO2-Ni-rGO synergistic catalysis for comprehensively enhanced hydrogen storage performance of MgH2. Journal of Alloys and Compounds（2026）

8.Structural and Phase Evolution in the Mg-Al System Leading to Lower Hydrogen Desorption Temperature. Hydrogen（2025）

9. Interpretable machine learning framework for hydrogen storage capacity prediction in Ti-Zr-Mn-Cr-V high-entropy alloys: Influenced by valence electron average. Journal of Energy Storage（2026）

10. Dual-strategy regulation for enhancing hydrogen storage performance of non-activated Mg8Ni-TiO2/MnO2 composites. Journal of Energy Chemistry（2025）

11.Nanoscale effect of spontaneous combustion of sulfur corrosion products: Oxygen adsorption and activation mechanism dominated by mesopores. Fuel（2026）

12.Pore structure reconfiguration and microscale fluid response in bituminous coal under CO2 and flue gas-enhanced coalbed methane recovery. Fuel（2026）

13.Experimental and theoretical investigation on hydrogen storage performance of titanium decorated hexagonal boron nitride. Applied Surface Science（2026）

14. Cu-based methanol steam reforming catalyst supported by heat conduction enhanced GO+UiO-66 composite MOF material for long-term stable hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy（2025）

15. Selective adsorption of trace CO2 by immobilized amino acid ionic liquids with ultra-micropores based on amino MOFS. Separation and Purification Technology（2025）

16.Construction of manganese ferrite/zinc ferrite anchored graphene-based hierarchical aerogel photocatalysts following Z-scheme electron transfer for visible-light-driven carbon dioxide reduction. Journal of Colloid and Interface Science（2025）

17. Influence of scCO2-H2O Medium on the Pore and Fracture Structure of Coal at the Time Scale. Natural Resources Research（2026）

18.Study on the effect of the liquid nitrogen freeze-thaw cycle on the coal spontaneous combustion propensity. Applied Thermal Engineering（2025）