北航水江澜教授在室温储氢材料取得重大突破，储氢容量是历史最高纪录的两倍！

信息来源：nature

随着能源结构从传统的化石能源到清洁能源的转变，“氢经济”已成为当前炙手可热的话题。而在整个氢能供应链中，如何高密度安全储运氢是目前最大的瓶颈和挑战。尤其是，对于车载应用，储氢材料应满足以下要求：高重量和体积容量，高存储稳定性和循环稳定性，快速动力学，接近环境的工作条件，高安全性和低成本。

北京航空航天大学水江澜教授团队通过氢氟酸不完全蚀刻Mxene开发了一种高容量的室温储氢材料---块状Ti2CTx (T为官能团)。 该材料在室温和相对安全的60 bar压力下储存8.8 wt%的氢气，几乎是已报道的相同压力下的最高储氢能力的两倍！即使在大气环境下（25℃，1 bar），块状Ti2CTx仍然能够保留约4wt%的氢气。值得一提的是，Ti2CTx材料中的储氢是稳定且高度可逆的，氢气的释放可以在低于95℃的温度下通过压力调控。

上述工作以“Hydrogen storage in incompletely etched multilayer Ti2CTx at room temperature”为题，发表在《Nature Nanotechnology》上。北京航空航天大学材料学院Shiyuan Liu为文章第一作者，水江澜教授为唯一通讯作者。

Ti2CTx的储氢及氢气释放能力

要点一：氢吸附等温曲线结果显示，块状Ti2CTx在室温和60 bar压力下可以吸收8.8wt％的H2，几乎是先前报道的最高性能的两倍， 体积储氢容量也高达96.4 kg H2 m-3。 据悉， Ti2CTx的重量和体积储氢容量甚至超过美国能源部（DOE）2020指标，即6.5％wt％和40 kg H2 m-3。

要点二：同时，Ti2CTx还表现出高度可逆的储氢释氢能力和良好的循环性， 可以在几秒钟内释放80–85％吸收的H2，并在95 C和0.5–0.7 bar下10–20 min内完全释放残留的H2。

要点三：氢气的释放可以通过温度和压力进行调控。有趣的是， 将操作环境从50 bar切换到大气环境（1bar）后，氢化的Ti2CTx仍然能够保留大约4wt%的H2。

图2：Ti2CTx的储氢释氢及循环性能表征

这种储氢机理为未来开发实用的室温高性能储氢材料提供了新的策略。此外，研究人员该策略也适用于其他纳米材料，尤其是具有大量亚纳米孔结构和可化学修饰内表面的纳米材料。

作者简介：

水江澜 教授，博导 国家青年人才

水江澜，北京航空航天大学，材料科学与工程学院，教授，博士生导师。本科就读于天津大学化工学院，先后于中国科学技术大学（2006年）和美国罗切斯特大学（2010年）获双博士学位，在美国阿贡国家实验室（2010-2013年）和凯斯西储大学（2013-2014年）进行博士后研究工作。研究领域包括电催化剂、储氢材料、质子膜燃料电池、锂-空气电池、锂离子电池。迄今已发表SCI论文60余篇，包括Nat. Catal., Nat. Commun., Sci. Adv., PNAS, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS nano, Nano Lett.等国际著名期刊，高被引论文8篇；获2016 R&D 100奖；授权美国发明专利一项。

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