先進的功能材料是清潔能源開發(fā)利用中的關鍵。復合氫化物就是這樣一類含氫的功能化合物。它通常可表示為M(XHn)m，其中M為金屬離子（可含多種金屬元素），X為Al、B、C、N、O、過渡金屬（TM）等。H與X之間可通過離子鍵或共價鍵結合形成種類繁多、電子結構特殊的復合陰離子[XHn]y-，這賦予了復合氫化物多元化的化學和物理特性。復合氫化物自1997年被發(fā)現可作為儲氫材料之后，在能源與材料領域得到了廣泛而深入的研究，其應用也已涉及能源存儲、轉化和利用等多個領域。由輕質元素構筑的復合氫化物具有氫含量高、種類繁多、性能可調變等優(yōu)點，可滿足不同場景下儲氫需求；而該類材料在吸脫氫過程中涉及到大量熱量的釋放和吸收，這一特性可應用于太陽能和化工廢熱的存儲；同時，復合氫化物一般具有較大的陰離子基團，晶體結構中形成了金屬陽離子通道的特點賦予了該材料兼具良好的離子遷移特性，有望成為固體電解質在全固態(tài)電池中發(fā)揮作用；除此之外，在復合氫化物表面上進行的吸脫氫過程涉及到氫氣的吸附活化、解離、擴散等過程，這使得該類材料在一些重要的加/脫氫反應中表現出優(yōu)異的催化性能。
近期，中國科學院大連化學物理研究所陳萍研究員課題組系統(tǒng)總結了復合氫化物在上述儲氫、儲熱、離子傳導和催化轉化等方面的最新研究進展，系統(tǒng)闡述了材料設計思路、合成方法及性能優(yōu)化策略。雖然歷經20多年的研究積累，但復合氫化物豐富的多元性和可調變性使得該類材料的研發(fā)空間仍然很大，許多研究挑戰(zhàn)和技術難題仍待攻克。作者特別就此提出了見解和展望：
1）發(fā)展光、電、熱等多種能量形式耦合驅動的復合氫化物介入的能量存儲與轉化過程。研究復合氫化物的光/電特性，利用光/電驅動氫氣的吸收與脫附，克服反應熱力學限制和動力學阻力及提高選擇性，進而開發(fā)出具有光電響應或光電驅動的復合氫化物材料體系。2）拓展復合氫化物至有機體系。目前無機復合氫化物的研究相對較成熟，然而種類豐富、性能多樣的有機物用作儲氫的研究相對較少。因此開發(fā)金屬有機復合氫化物這一有機-無機雜化新體系，可大大拓展復合氫化物的種類，為材料篩選和性能優(yōu)化提供更多可能。3）加大先進的材料表征手段和理論計算方法的利用。復合氫化物高的反應活性和不穩(wěn)定性導致常規(guī)技術手段難以捕捉、解析其微觀反應狀態(tài)及反應機制。先進表征手段和理論計算方法將有利于解決這一問題，加快建立材料組成-結構-性能之關系，增強對材料基礎研究的深度了解。隨著化學、材料、物理以及制造技術等多學科領域的不斷發(fā)展和交叉融合，必將推動復合氫化物的基礎與應用研究的發(fā)展。作者相信此研究綜述將會對新能源、儲氫、儲熱、電化學和催化等研究領域的科研人員有所幫助。
相關論文以“Complex Hydrides for Energy Storage, Conversion, and Utilization”為題，在線發(fā)表在Advanced Materials上（DOI:10.1002/adma.201902757）。該工作得到了科技部、國家自然科學基金委等項目的資助。
