DOI:10.1016/j.jallcom.2020.156874

过渡金属已成为改善MgH2储氢性能的有希望的候选催化剂。但是，制备具有高催化活性的均匀分散的超细过渡金属催化剂仍然是一个挑战。本文提出了一种基于静电纺丝的还原方法在碳纳米纤维中原位生成纳米结构的镍催化剂（Ni@C），以防止该催化剂在随后的高温热解中发生不可逆的熔融和聚集。所获得的Ni@C对改善MgH2的储氢性能具有显著的催化作用。例如，MgH2-10wt％Ni@C复合材料在280℃和300℃下的脱氢能力分别为5.79wt％和6.12wt％，而研磨后的MgH2在相同温度下几乎不分解。通过Arrhenius曲线，计算得出的MgH2-10wt％Ni@C脱氢的Ea为93.08 kJ mol-1，比研磨后的MgH2低94.33 kJ mol-1。此外，在加/脱氢过程中Ni@C的微观结构得以保留，并且Ni纳米粒子仍均匀地分布在复合材料中，这说明其具有优异的循环性能。这项研究可以使超细金属纳米粒子与碳的结合更容易，从而扩展储氢催化材料的应用范围。

图1.Ni@C形成过程和对MgH2的协同催化作用的示意图。

图2.电纺PVP包覆Ni（NO3）2纳米纤维的SEM图（a），电纺PVP包覆Ni（NO3）2纳米纤维的SEM图（b），Ni@C纳米纤维的SEM图像（c）和通过煅烧合成的Ni@C的XRD图谱（d）。

图3.（a-b）所制备的Ni@C的TEM图像，（c）HRTEM图像，（d）SAED图谱和（e-g）元素映射：（f）Ni和（g）C。

图4.研磨后的MgH2和MgH2-Xwt％Ni@C（X=5、10、15和20）复合材料的XRD图。

图5.（a）球磨后MgH2-10wt％Ni@C的TEM图像，（b）HRTEM图像，（c）SAED图谱和（d-g）元素映射：（e）Mg，（f）Ni和（g）C。

图6.球磨MgH2和MgH2-Xwt％Ni@C（X=5、10、15和20）复合材料的TPD曲线。加热速率为5℃/min。

图7.MgH2-10wt％Ni@C在不同温度下的氢气吸收（a）和解吸（b）动力学曲线，与不同温度下研磨后MgH2的氢气吸收（c）和解吸（d）动力学曲线进行比较。

图8.根据MgH2-10wt％Ni@C和研磨MgH2的等温H2解吸绘制的Arrhenius图。

图9.MgH2-10wt％Ni@C复合材料在325℃下的氢气解吸循环曲线。

图10.MgH2-10wt％Ni@C在20个氢气吸收/解吸循环之前（a）和之后（b）的XRD图谱。

图11.（a）MgH2-10wt％Ni@C在第20次加氢反应后的TEM图像，（b）HRTEM图像，（c）SAED图谱和（d-g）元素映射：（e）Mg，（f）Ni和（g）C。