镁-过渡金属化合物中可调谐的储氢性能

二氢化镁（$\mgh$）储存7.7重量%的氢，但其热力学稳定性高且（脱）氢动力学缓慢。将镁与轻质过渡金属（TM = Sc, Ti, V, Cr）合金化旨在改善热力学和动力学性质。我们通过密度泛函理论水平的第一性原理计算，研究了Mg$_x$TM$_{1-x}$H$_2$化合物（$x=[0$-1]）的结构和稳定性。我们发现，实验观察到的在$x\gtrsim0.8$时氢化速率的急剧下降与Mg$_x$TM$_{1-x}$H$_2$从萤石相到金红石相的相变相关。这些化合物的稳定性沿Sc、Ti、V、Cr序列递减。通过改变过渡金属（TM）和组成$x$，Mg$_x$TM$_{1-x}$H$_2$的形成焓可以在0-2 eV/f.u.的显著范围内进行调谐。然而，假设合金Mg$_x$TM$_{1-x}$在脱氢时不分解，则高镁含量（$x=0.75$）化合物的可逆氢化所对应的焓接近于纯镁的焓。