【Research】南京工业大学,负载TiO2上的NiCo固溶体提升Mg-Al合金的储氢性能的研究

图1：（a）NiM-TiO₂（M=Co、Cu、Zn）的制备流程示意图；（b）NiM-TiO₂（M=Co、Cu、Zn）的X射线衍射图谱；（c）掺杂10 wt.% NiM-TiO₂（M=Co、Cu、Zn）的Mg₉₀Al₁₀复合材料的差示扫描量热曲线；NiCo-TiO₂的（d、e）扫描电镜图像及对应的元素分布图、（f–i）高分辨透射电镜图像、（j）高角环形暗场像以及（k–o）对应的元素分布图

图2：（a）Mg₉₀Al₁₀基体及添加10 wt.% NiM-TiO₂（M=Co、Cu、Zn）复合材料的程序升温脱附曲线；（b）等温吸氢曲线、（c）等温脱氢曲线；（d）不同升温速率（4、6、8、10°/min下的差示扫描量热曲线；（e）基于Kissinger分析法得到的脱氢活化能（含误差棒）；（f）Mg₉₀Al₁₀-10 wt.% NiCo-TiO₂复合材料的等温吸放氢循环动力学曲线；（g）近年来多种MgH₂基催化储氢体系的脱氢峰值温度与活化能对比

图3：球磨态Mg₉₀Al₁₀-20 wt.% NiCo-TiO₂复合材料的（a、b）透射电镜图像、（c、d）高分辨透射电镜图像、（e）高角环形暗场像及（f–l）对应元素分布图；再氢化后Mg90Al10-20 wt.% NiCo-TiO₂复合材料的（m、n）透射电镜图像、（o、p）高分辨透射电镜图像、（q）高角环形暗场像及（r–x）对应元素分布图

图4：（a）球磨态、脱氢态、再氢化态下Mg₉₀Al₁₀-20 wt.% NiCo-TiO₂复合材料的X射线衍射图谱；Ni-Al-Co立方柱模型在平衡2 ns后，（b–e）1300 K、（f–i）1400 K温度下的分子动力学模拟图；球磨态与再氢化态Mg₉₀Al₁₀-20 wt.% NiCo-TiO₂复合材料的（j）Ni 2p、（k）Co 2p、（l）Al 2p、（m）Ti 2p X射线光电子能谱

图5：（a）MgH₂/NiCo-TiO₂、（b）MgH₂/Ni-TiO₂、（c）MgH₂/Co-TiO₂的分波态密度图；（d）Ni-TiO₂、Co-TiO₂与NiCo-TiO₂的氢吸附能；（e）TiO₂改性MgH₂体系中氢吸附与脱附过程示意图

综上，本研究成功制备了双相二氧化钛负载型NiCo固溶体催化剂，并证实该催化剂可显著提升Mg₉₀Al₁₀合金的储氢性能。结构表征结果表明，在球磨处理以及反复吸放氢循环过程中，NiCo固溶体均可在二氧化钛载体表面保持高度分散的状态，同时具备优异的结构稳定性。

分子动力学模拟结果显示，钴的引入能够增强NiCo固溶体内部的金属键作用，有效抑制镍原子发生迁移，同时避免金属间化合物的生成，大幅提升催化剂的结构稳定性。密度泛函理论计算进一步表明，NiCo双金属的d轨道发生杂化并形成复合d带中心，强化了金属与氢之间的相互作用，进而加快了镁基体系的氢吸附与脱附动力学反应速率。

总体而言，结构稳定性提升与电子效应调控二者产生的协同作用，是Mg₉₀Al₁₀-10 wt.% NiCo-TiO₂复合材料兼具优异储氢动力学性能与循环稳定性的核心原因。该研究成果也为高性能镁基储氢材料的实际应用提供了良好的参考价值。

Li Mengran, Ji Qiuhan, Zheng Jingyuan, Liu Zhibing, Zhu Yunfeng, Shi Rui, Zhang Jiguang, Liu Yana, Ba Zhixin, Wang Jun. NiCo solid-solution supported on TiO₂ for enhanced hydrogen storage in Mg-Al. Journal of Materials Science & Technology. 2027 (278) 9–15. 论文DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.05.011