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碳負載納米二氧化鈦作為催化劑改善MgH2儲氫性能的研究

論文背景介紹 …

氫化鎂（MgH2）由于其氫氣儲量（7.6 wt％）、可逆性好、成本低，而備受關注。但是，受熱力學穩定性和緩慢的脫氫動力學影響，依然無法用于實際應用。

科學家已嘗試過各種方法來試圖改善MgH2的儲氫的性能，包括添加催化劑、納米結構化、和組分修飾等。特別是，許多實驗已證實添加催化劑在降低操作溫度，及改善MgH2脫氫動力學方面非常有效。涉及到各類型催化劑有，過渡金屬、稀有金屬、甚至到碳基材料。

本論文中, 通過引入少量TiO2 @C復合材料作為催化劑，以期改善MgH2的儲氫性能。研究結果發現，在205~375°C之間，MgH2-10wt％TiO2@C樣品可以釋放約6.6wt％的氫氣；在140°C和50 bar氫氣壓力下，可以在10分鐘內完成氫氣存儲。

為系統性的對MgH2-TiO2@C脫氫/儲氫過程中結構和組成變化, 需要借助各類儀器分析手段。X射線光電子能譜(XPS)可以對表面元素做定性、定量分析, 也可對元素的化學態進行分析。為了解脫氫過程，借助XPS手段來檢測不同脫氫階段時Ti元素的化學態，這非常有助于機理的研究。

以MgH2-10wt% TiO2@C為例：對于球磨制備后的樣品，兩個XPS峰(458.2和463.9 eV)，對應于TiO2的2p 1/2 -2p 3/2自旋軌道雙峰，說明Ti仍然以TiO2存在；此外，也檢測到兩個強度較弱的XPS峰(455.6 eV和460.4 eV)，對應于TiO的2p 1/2 -2p 3/2自旋軌道雙峰。根據以往文獻報道，這意味著在球磨后，在MgH2作用下, 一部分Ti4+被還原為了Ti2+。