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在全球能源結構向清潔低碳轉型的浪潮中，氫能已成為未來能源體系的關鍵。面向國家“雙碳”戰(zhàn)略與巨大能源市場需求，消納青海省豐富的鹽湖鎂資源，發(fā)展鹽湖基鎂基儲氫材料可助力青海省打造“世界級鹽湖產業(yè)基地”與“國家清潔能源產業(yè)高地”。然而，盡管鎂基材料因其高儲氫容量（理論達7.6 wt%）而備受矚目，但其緩慢的吸放氫動力學和過高的工作溫度，始終是阻礙其實用化進程的關鍵挑戰(zhàn)。

劉虎研究員團隊聯(lián)合陜西科技大學侯小江副教授團隊的系列工作首先從宏觀理論層面為解決上述挑戰(zhàn)指明了方向。一項成果以研究成果以“Catalytic modifications to enhance the hydrogen storage behavior of Mg based materials: Single-component, multi-component single-phase and multi-phase interfacial composite catalytic（增強Mg基材料儲氫性能的催化改性：單組分、多組分單相和多相間復合催化）”為題發(fā)表于《Journal of Energy Chemistry》期刊。研究圍繞單組分催化、多組分單相催化及多相界面復合催化三大體系，系統(tǒng)分析了不同催化體系對鎂基儲氫材料吸放氫行為的作用機制，并結合當前研究進展與未來發(fā)展趨勢，深入探討了不同形態(tài)催化劑對鎂基材料儲氫行為的影響，提出了系列創(chuàng)新性觀點。該研究為提升鎂基材料的儲氫性能以及開發(fā)新型鎂基儲氫復合材料提供了新的思路與方法支撐。劉虎研究員、陜西科技大學侯小江副教授等為論文的通訊作者。

在系統(tǒng)梳理理論框架的基礎上，該合作團隊進一步將多相協(xié)同催化的設計思想付諸實踐，其成果以“Sandwich-like interlayer-structured TM/Ti₃C₂T_x (TM=Co, Fe, Ni) synergistic catalysts for accelerating hydrogen storage kinetics of MgH₂（用于加速 MgH₂儲氫動力學的三明治狀夾層結構TM/Ti₃C₂T_x（TM = Co，Fe，Ni）協(xié)同催化劑）”為題發(fā)表在《International Journal of Hydrogen Energy》期刊。該研究創(chuàng)新性構建了“三明治”層狀結構的TM/Ti₃C₂T_x（TM = Co, Fe, Ni）復合催化劑：以Ti₃C₂T_x為載體，通過一步還原法負載過渡金屬（Co、Fe、Ni），結合機械球磨實現(xiàn)催化劑在MgH₂中的均勻分散。這種設計既利用了Ti₃C₂T_x的高導電性、豐富表面官能團及層狀結構提供的氫擴散通道，又整合了過渡金屬優(yōu)異的催化活性，可加速氫分子在MgH₂表面的解離，實現(xiàn)儲氫材料“內外協(xié)同調控”。劉虎研究員、侯小江副教授和鎖國權副教授為該論文的共同通訊作者。

本系列研究得到青海省科學基金杰出學者項目（025-ZJ-966J）、中國科學院青年人才項目（E410GC03）、陜西省重點研發(fā)計劃及榆林市科技計劃項目等的資助。

氫化鎂吸脫附的可逆反應過程示意圖。