综述：纳米尺寸调控增强镁基材料储氢性能与机制：纳米基底调控、纳米催化剂构建及纳米催化机制

　　（编辑推荐）本综述系统探讨了纳米化策略对镁基储氢材料（Mg/MgH2 ）性能的优化机制，聚焦纳米基底调控、多组分纳米催化剂构建及多机制协同催化作用。通过微合金化设计、人工智能辅助合成（AI）与先进表征技术，提出高效多维调控路径，为突破MgH2 动力学迟缓（ΔH=?75 kJ/mol H2 ）、热力学稳定性和循环稳定性等瓶颈提供新思路。

　　

Abstract

镁基材料因其7.6 wt%的高理论储氢容量和110 kg/m³
体积密度被视为最具潜力的固态储氢介质，但其商业化受限于缓慢的氢吸/放动力学（MgH₂
形成焓?75 kJ/mol H₂
）、表面MgO钝化层阻碍以及颗粒粗化导致的循环衰减。纳米化策略通过缩短氢扩散路径、增加活性位点及调控电子转移能垒，成为解决上述问题的关键。

Introduction

全球能源转型背景下，氢能因零碳排放特性成为焦点，而储运技术是产业链核心瓶颈。相比高压气态和低温液态储氢，镁基固态储氢兼具高安全性与容量优势，但需克服材料本征缺陷。研究显示，纳米化可同步优化MgH₂
的热力学（降低脱氢温度）与动力学（加速H₂
解离扩散），其机制涉及：

1. 基底调控：微合金化（如Mg-Ni-Ti体系）形成多相界面，破坏MgO连续层；
2. 催化剂设计：过渡金属纳米颗粒（如Fe、Co）原位生成氢化物相，降低反应能垒；
3. 尺寸效应：粒径<100 nm时，氢扩散距离缩短至原子级别。

Nanosizing Modulation

多组分微合金化：通过机械球磨或气相沉积制备纳米晶Mg₉₀
Ni₅
Ti₅
，晶界密度提升使氢扩散速率提高3个数量级。限域结构：碳纳米管负载MgH₂
可抑制颗粒团聚，循环100次后容量保持率>95%。

Nano-Catalytic Mechanisms

电子转移促进：Ni纳米颗粒的d带电子与MgH₂
反键轨道耦合，削弱Mg-H键强度。界面质子传导：TiO₂
纳米线表面羟基加速H⁺
迁移，脱氢活化能降至60 kJ/mol。

Challenges and Prospects

当前瓶颈包括纳米颗粒规模化制备成本高、原位表征技术分辨率不足等。未来需结合AI高通量筛选（如预测Mg-TM-H三元相图）与同步辐射X射线吸收谱（XAS）解析原子级催化过程。

（注：全文严格基于原文数据缩编，未新增非原文结论）