Comparé aux technologies traditionnelles de stockage de l’hydrogène comprimé et de l’hydrogène liquide cryogénique, le stockage de l’hydrogène à l’état solide est considéré comme une méthode plus sûre et plus efficace. Hydrure de magnésium (MgH₂ ), en tant que l'un des matériaux de stockage d'hydrogène à l'état solide les plus prometteurs, a attiré l'attention en raison de ses ressources élémentaires abondantes, de sa capacité de stockage d'hydrogène élevée, de sa bonne réversibilité et de sa non-toxicité. Cependant, la température de fonctionnement relativement élevée de MgH₂ limite son application commerciale à grande échelle dans le stockage d'hydrogène dans les véhicules ou stationnaires.

L'introduction de catalyseurs à base de métaux de transition dotés de structures électroniques tridimensionnelles uniques est considérée comme une méthode efficace pour améliorer la cinétique du MgH₂ . Le vanadium (V) et ses oxydes sont souvent utilisés comme catalyseurs du MgH₂ en raison de leur multivalence et de leur activité catalytique élevée. Cependant, en raison de la ductilité élevée du vanadium métallique et de son activité relativement faible, les oxydes à base de vanadium ont des perspectives d'application plus larges.

Couches V₂ O₅ avec une structure en couches est l'un des catalyseurs prometteurs pour améliorer les performances de stockage de l'hydrogène du MgH₂ /Mg, mais capacité catalytique limitée en raison d'un contact insuffisant entre V₂ O₅ et MgH₂ .

Pour résoudre ce problème, l'équipe du Dr Jianxin Zou de l'Université Jiao Tong de Shanghai a utilisé une méthode solvothermique suivie d'une hydrogénation ultérieure pour préparer du V₂ hydrogéné ultra-mince. O₅ nanofeuillets avec d'abondantes lacunes en oxygène et les a utilisés comme catalyseurs pour améliorer les performances de stockage de l'hydrogène de MgH₂ .

L'étude est publiée dans la revue Nano-Micro Letters .

Le MgH₂ -H-V₂ O₅ Le matériau composite présente d'excellentes performances de stockage de l'hydrogène, notamment une température de désorption plus faible (T_onset =185°C), cinétique de désorption rapide (E_a =84,55 kJ mol ⁻¹ H₂ pour la désorption) et la stabilité cyclique à long terme (rétention de capacité jusqu'à 99 % après 100 cycles). En particulier, le MgH₂ -H-V₂ O₅ Le matériau composite présente des performances d'absorption d'hydrogène exceptionnelles à température ambiante, avec une capacité d'absorption d'hydrogène de 2,38 % en poids en 60 minutes à 30 °C.

Le H-V₂ O₅ Les nanofeuillets synthétisés par l'équipe du Dr Zou possèdent une structure bidimensionnelle unique et de nombreuses lacunes en oxygène, permettant la formation in situ de V/VH₂ pendant le processus de réaction, qui contribuent tous à améliorer les performances de stockage de l'hydrogène du MgH₂ .

En utilisant une méthode solvothermique pour créer une structure en couches anisotrope distincte, une surface hautement exposée est formée, fournissant ainsi des sites et des voies plus actifs pour la diffusion de l'hydrogène/électrons, améliorant ainsi les performances de stockage de l'hydrogène. De plus, et surtout, la présence de lacunes en oxygène accélère le transfert d'électrons, stimulant l'effet « pompe à hydrogène » du VH₂. /V, facilitant la déshydrogénation de VH₂ et MgH₂ , et réduire les barrières énergétiques pour la dissociation et la recombinaison de l'hydrogène.

L'introduction de l'ingénierie des défauts de lacune en oxygène dans le catalyseur ouvre ainsi une nouvelle voie pour améliorer la stabilité cyclique et les performances cinétiques de MgH₂ .