轻金属装饰缺陷工程 BeN2 单层材料用于可逆高容量氢气储存
材料科学
2026-05-06 v1
摘要
氢气 (H2) 具有任何化学燃料中最高的质量能密度，是宇宙中最丰富的元素。然而，其在标准条件下的极低体积能密度对安全、高效和可逆的储存提出了根本性的材料挑战。本文报告了一种缺陷工程的二维铍二氮 (BeN2) 单层材料，使其能够实现稳定的轻金属功能化，以实现高容量 H2 储存。一个 2 x 2 超胞包含两个内在的铍空位，可容纳四个 Li、Na 和 K 原子而不发生聚集，显示出分别为 -3.80、-2.94 和 -3.18 eV 的强平均金属-空位结合能。400 K 的ab initio 分子动力学模拟确认了功能化框架的热力学稳定性以及金属聚集的抑制。缺陷稳定的碱金属中心产生局部电荷极化，促进最高可吸附 20 个 H2 分子/超胞，分别为 -0.182 eV (Li)、-0.191 eV (Na) 和 -0.171 eV (K)，使吸附在近常温条件下可逆。相应的质量 H2 储存容量分别达到 11.64、9.82 和 8.49 wt 百分比，显著超过美国能源部 (DOE) 最终目标的 6.50 wt 百分比。此外，热力学分析进一步确认了在实际操作窗口内的有利吸附-脱附行为。这些结果确立了缺陷稳定的轻金属装饰 BeN2 作为高密度、可逆 H2 储存的可行设计策略，为工程用于能源储存应用的极轻材料提供了一个可扩展的框架。
引用
@article{arxiv.2605.03738,
title = {Defect-Engineered Beryllium Dinitride (BeN2) Monolayer with Light-Metal Decoration for Reversible High-Capacity Hydrogen Storage},
author = {Wael Othman and Ibrahim Alghoul and K-F. Aguey-Zinsou and Nacir Tit and Tanveer Hussain},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.03738},
year = {2026}
}
备注
Correspondence: [email protected] & [email protected]. The first two listed authors have equal contributions