Magnesium still has the potential to become an efficient hydrogen store，says study

在杜本多夫（Dübendorf）的超高真空室中，利用电子能谱对纯镁层中的氢迁移进行了研究

人们很容易对氢作为一种理想燃料持乐观态度。但要解决一个绝对基本的问题却要困难得多：如何有效地储存这种燃料？一个由瑞士和波兰的实验和理论物理学家组成的研究小组已经找到了答案：为什么以前尝试使用氢化镁储存氢气的效果并不理想，以及为什么他们将来可能会成功。

氢长期以来一直被视为未来的能源载体。然而，在它在能源领域成为现实之前，必须开发出高效的氢储存方法。材料的选择方式是，以较低的能源成本，首先将氢气注入其中，然后按需回收，最好是在类似于我们日常环境的典型条件下，这似乎是最佳解决方案。

镁似乎是一种很有希望的储氢材料。然而，将镁转化为氢化镁需要适当高效的催化剂，而这种催化剂尚未找到。

由位于杜本多夫（Dübendorf）的瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）、苏黎世大学化学系和克拉科夫波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）的科学家组成的研究小组的工作表明，多年来一直失败的原因在于对镁在氢注入过程中发生的现象了解不全面。

将氢气作为一种能源加以利用的主要障碍是储存氢气的困难。在仍然罕见的氢动力汽车中，氢气是在大约 700 个大气压的压力下压缩储存的。这既不是最便宜也不是最安全的方法，而且与效率关系不大：一立方米中只有 45 千克氢。如果事先对氢气进行冷凝，同样的体积可以储存 70 千克氢气。

不幸的是，液化过程需要大量能量，并且在整个存储过程中必须保持 20 开尔文左右的极低温度。替代方案可能是合适的材料：例如氢化镁，每立方米最多可容纳 106 千克氢气。

氢化镁是储氢能力测试中最简单的材料之一。其含量可达 7.6%（重量）。因此，氢化镁装置相当重，主要适用于固定应用，但需要注意的是，氢化镁是一种非常安全的物质，可以毫无风险地储存：例如，储存在地下室，镁本身是一种容易获得且廉价的金属。

理论物理学家 Zbigniew Lodziana 教授（IFJ PAN）表示：“关于将氢掺入镁的研究已经进行了数十年，但尚未产生可信赖的更广泛应用的解决方案。”发表在《高级科学》（Advanced Science）上的文章，其中介绍了最新的发现。

“问题的根源之一是氢本身。这种元素可以有效地穿透镁的晶体结构，但前提是它以单原子的形式存在。要从典型的分子氢中获得它，就需要一种催化剂，其效率足以使氢在材料中的迁移过程快速且能量可行。因此，每个人都在寻找一种符合上述条件的催化剂，但遗憾的是，没有取得多少成功。今天，我们终于知道为什么这些尝试注定要失败了。”

Lodziana 教授为镁与氢原子接触时发生的热力学和电子过程建立了一个新模型。该模型预测，在氢原子迁移过程中，材料中会形成局部热力学稳定的氢化镁簇。在金属镁及其氢化物之间的边界，材料的电子结构发生变化，而正是这些变化在降低氢离子的迁移率方面发挥了重要作用。

换句话说，氢化镁形成的动力学主要由其与镁的界面现象决定。迄今为止，在寻找高效催化剂的过程中还没有考虑到这种影响。

Lodziana 教授的理论研究是对瑞士杜本多夫（Dübendorf）实验室所做实验的补充。在这里，我们在超高真空室中研究了溅射到钯上的纯镁层中原子氢的迁移。测量仪器能够记录所研究样品的几个外原子层的状态变化，这些变化是由新化合物的形成和材料电子结构的相关转变引起的。IFJ PAN 的研究人员提出的模型使我们能偶充分理解实验结果。

瑞士-波兰物理学家小组的研究成果不仅为寻找氢化镁的最佳催化剂铺平了道路，还解释了为什么以前发现的一些催化剂比预期的效率更高。

“由很多证据表明，镁及其化合物的储氢技术之所以没有取得重大进展，仅仅是因为我们对这些材料中的氢传输过程了解不全面。几十年来，我们一直在寻找更好的催化剂，但却没有找到我们应该寻找的催化剂。现在，新的理论和实验结果让我们有可能再次乐观地思考如何进一步改进将氢引入镁中的方法，”Lodziana 教授总结道。