ResultsSynthesis and characterizati

Results
Synthesis and characterization of rGO-Mg multilaminates
The majority of reported composites consisting of metals and carbon materials are prepared via ball milling or solidification with either polymers or carbon frameworks. However, ball-milled materials are notoriously polydisperse, which introduces corresponding inhomogeneity in properties. Moreover, such energy-intensive processes can intrinsically introduce unwanted morphological disruptions and chemical inhomogeneities, all of which detract from performance. By contrast, we have developed a direct, one-pot co-reduction, thus simultaneously forming both pristine, monodisperse nanocrystals and the desired rGO without energy-intensive processing or ligand chemistries. Observing that current approaches for reduction of GO and reduction of metal precursors to form Mg nanocrystals both rely on similar methodologies4,15,16,17, we synthesized rGO-Mg nanocomposites via a facile solution-based co-reduction method. In this process, the Mg2+ precursor is stabilized by GO and both of them are reduced by lithium naphthalenide. The obtained rGO-Mg was characterized via transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD), as shown in Fig. 1b,c. Mg nanocrystals were 3.26 nm diameter (±0.87 nm) based on TEM images (Supplementary Figs 1 and 2), presenting fine monodisperse nanocrystals, compared with other metal hydrides prepared by conventional method such as ball milling. Although Scherrer analysis of the XRD peak width indicates larger crystallite size of ∼15 nm (Supplementary Table 1), hundreds of TEM images over dozens of samples consistently show 3.26-nm-sized Mg nanocrystals. The observation of individual nanocrystals in TEM was challenging due to the low electron density of Mg, although in our materials Mg nanocrystals of diameter 3–4 nm are present and confirmed by multiple characterization methods. However, it is probable that there exist some clusters and networks of Mg particles in the sample as the XRD results imply the possible existence of a minor fraction comprising agglomerations of nanocrystals; as we discuss later, the H2 storage properties are most consistent with ∼few nanometre-sized crystallites. The area of the peaks in electron energy loss spectroscopy (EELS) measurements (Mg >>>C>O) indicated a high density of Mg within the composite (Fig. 1d). In addition, despite containing a highly dense packing of Mg nanocrystals, the nanolaminates were observed to be remarkably environmentally stable. To investigate the limits of stability, rGO-Mg samples were exposed to air and characterized over time by XRD and TEM (Fig. 1c and Supplementary Fig. 1); remarkably, even after 3 months of air exposure, the nanocrystals remained almost entirely zero-valent crystalline Mg, while showing invasion of only a low-intensity Mg(OH)2 peak (Supplementary Fig. 3 and an additional corrosion test result in Supplementary Fig. 4 and Supplementary Discussion). Moreover, to show the reliability offered by this approach, we completely exposed the sample to air and then demonstrated hydrogen cycling. This is not possible with any other hydride technology with comparable storage density. Although none of the techniques used for characterization show evidence for extensive formation of oxides of Mg (MgO or Mg(OH)2), it is probable that a thin, self-terminating layer of oxide or sub-oxide may form on the nanocrystals; however, this oxide does not measurably have an impact on performance (Fig. 1d and Supplementary Fig. 5).

Hydrogen capacity and kinetic analysis
Hydrogen absorption and desorption characteristics of the rGO-Mg composite were tested using a Sieverts PCT-Pro instrument at 15 bar H2 and 0 bar, respectively, as shown in Fig. 2a. Hydrogen uptake was immediate and the formation of MgH2 was confirmed by XRD (Fig. 2c) and electron diffraction (Supplementary Fig. 1). The hydrogen absorption capacity of the composite was 6.5 wt% and 0.105 kg H2 per litre in the total composite, which is the highest capacity reported (calculated on a full composite mass basis) using metal hydrides under the comparable conditions. This corresponds to 7.56 wt% H2 in Mg nanocrystals, which is 99.5% of the theoretical value (7.6 wt%)5. Given the atomically thin nature of the encapsulation, these nanocomposites achieve denser packing of metal nanocrystals than is possible by any competing approach, leading to optimized storage density. Furthermore, hydrogen also readily desorbed up to 6.12 wt% in the composite, thus demonstrating excellent reversibility. To verify that the hydrogen absorption was not caused by the presence of GO in the composite, control studies using only GO were conducted and exhibited minimal (

Kết quả (Việt) 1:

Kết quảTổng hợp và các đặc tính của rGO-Mg multilaminatesPhần lớn các vật liệu tổng hợp báo cáo bao gồm các kim loại và các vật liệu cacbon đang chuẩn bị qua bóng phay hoặc solidification polyme hoặc khung carbon. Tuy nhiên, xay bóng vật liệu nổi tiếng là polydisperse, trong đó giới thiệu các inhomogeneity tương ứng trong tài sản. Hơn nữa, các quá trình năng lượng có thể intrinsically giới thiệu sự gián đoạn không mong muốn hình thái học và hóa học inhomogeneities, tất cả đều làm giảm hiệu suất. Ngược lại, chúng tôi đã phát triển một trực tiếp, một nồi đồng giảm, đồng thời tạo thành cả hoang sơ, monodisperse nanocrystals và rGO mong muốn mà không có năng lượng xử lý hoặc phối tử chemistries. Quan sát rằng hiện tại phương pháp tiếp cận giảm ĐI và giảm số kim loại tiền chất để tạo thành Mg nanocrystals, cả hai đều dựa trên tương tự như methodologies4, 15, 16, 17, chúng tôi tổng hợp rGO-Mg nanocomposites thông qua một phương pháp facile dựa trên giải pháp đồng giảm. Trong quá trình này, Mg2 + tiền thân được ổn định bởi ĐI và cả hai người trong số họ được giảm naphtalenua lithium. RGO-Mg được đặc trưng qua kính hiển vi điện tử truyền (TEM) và nhiễu xạ tia x (XRD), như minh hoạ trong hình 1b, c. Mg nanocrystals là 3,26 nm đường kính (±0.87 nm) dựa trên những hình ảnh TEM (bổ sung Figs 1 và 2), trình bày tốt monodisperse nanocrystals, so sánh với các hiđrua kim loại bằng các phương pháp thông thường như bóng phay. Mặc dù Scherrer phân tích của chiều rộng đỉnh XRD chỉ ra kích thước lớn hơn crystallite của ∼15 nm (bổ sung bảng 1), hàng trăm TEM trên hàng chục mẫu hình ảnh luôn hiển thị 3,26 nm cỡ Mg nanocrystals. Các quan sát của cá nhân nanocrystals ở TEM đã thử thách do mật độ electron thấp của Mg, mặc dù trong tài liệu của chúng tôi nanocrystals Mg của nm đường kính 3-4 là hiện tại và đã được xác nhận bởi nhiều đặc tính phương pháp. Tuy nhiên, nó là có thể xảy ra rằng có tồn tại một số cụm và mạng lưới của các hạt Mg trong mẫu kết quả XRD bao hàm sự tồn tại chỗ của một phần nhỏ bao gồm bao nanocrystals; Khi chúng tôi thảo luận về sau này, các thuộc tính lưu trữ H2 là phù hợp nhất với ∼few có kích thước Nanômét crystallites. Diện tích của các đỉnh núi trong điện tử năng lượng mất mát phổ (cá CHÌNH) đo đạc (Mg >>> C > O) chỉ định một mật độ cao của Mg trong hỗn hợp (hình 1d). Ngoài ra, mặc dù có một bao bì rất dày đặc của Mg nanocrystals, các nanolaminates đã được quan sát được đáng kể môi trường ổn định. Để điều tra các giới hạn của sự ổn định, các mẫu rGO-Mg đã được tiếp xúc với không khí và đặc trưng theo thời gian bởi XRD và TEM (hình 1 c và bổ sung hình 1); đáng chú ý, thậm chí sau 3 tháng máy xúc, các nanocrystals vẫn là gần như hoàn toàn zero-c tinh Mg, trong khi hiển thị các cuộc xâm lược của chỉ một cường độ thấp Mg (OH) 2 đỉnh (bổ sung hình 3 và một kết quả xét nghiệm bổ sung chống ăn mòn trong bổ sung hình 4 và bổ sung thảo luận). Hơn nữa, để hiển thị sự đáng tin cậy được cung cấp bởi cách tiếp cận này, chúng tôi hoàn toàn tiếp xúc với các mẫu với không khí và sau đó đã chứng minh hydro Chạy xe đạp. Đây không phải là có thể với bất kỳ công nghệ hiđrua nào khác với lí so sánh mật độ. Mặc dù không ai trong số các kỹ thuật được sử dụng cho các đặc tính Hiển thị bằng chứng cho sự hình thành sâu rộng ôxít mg (Ôxít magiê hay Mg(OH)2), nó là có thể xảy ra rằng một lớp mỏng, tự chấm dứt của oxit hoặc tiểu oxit có thể hình thành trên nanocrystals; Tuy nhiên, ôxít này không lành có ảnh hưởng đến hiệu suất (hình 1 d và bổ sung hình 5).Sức chứa hydro và phân tích động họcHydro hấp thụ và desorption đặc điểm của tổ hợp rGO-Mg đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng một công cụ Sieverts PCT-Pro 15 bar H2 và 0 thanh, tương ứng, như minh hoạ trong hình 2a. Sự hấp thu hydro đã ngay lập tức và sự hình thành của MgH2 đã được xác nhận bởi XRD (hình 2 c) và nhiễu xạ điện tử (bổ sung hình 1). Khả năng hấp thụ hydrogen các composite là 6,5 wt % và 0.105 kg H2 mỗi lít trong tổng hợp, đó là năng lực cao nhất được báo cáo (được tính toán trên cơ sở khối lượng đầy đủ composite) sử dụng hiđrua kim loại theo các điều kiện tương đương. Điều này tương ứng với 7.56 wt % H2 Mg nanocrystals, mà là 99,5% của lý thuyết giá trị (7.6 wt %) 5. Đưa ra bản chất atomically mỏng của đóng gói, các nanocomposites đạt được đóng gói đặc của kim loại nanocrystals hơn là có thể bởi bất kỳ phương pháp tiếp cận cạnh tranh, dẫn đến mật độ lưu trữ tối ưu hóa. Hơn nữa, hydro cũng dễ dàng desorbed lên đến 6,12 wt % trong hỗn hợp, do đó thể hiện tuyệt vời reversibility. Để xác minh sự hấp thụ hydro không được gây ra bởi sự hiện diện của GO trong các composite, nghiên cứu kiểm soát bằng cách sử dụng chỉ ĐI được tiến hành và trưng bày tối thiểu (< cách 0.2 wt % trong ĐI) hấp thụ ở 200 ° C và 250 ° C (bổ sung hình 6). Đây là một sự đóng góp không đáng kể, cho rằng số lượng ĐI trong các multilaminates < 2 wt % tổng thể. Để phân tích động học, năng lượng kích hoạt (Ea) cho hydro hấp thụ/desorption

Kết quả (Việt) 2:

Kết quả
tổng hợp và đặc tính của RGO-Mg multilaminates
Phần lớn các vật liệu tổng hợp báo cáo chứa các kim loại và vật liệu cacbon được chuẩn bị qua xay xát bóng hoặc kiên cố với một trong hai polyme hoặc các khung carbon. Tuy nhiên, vật liệu bi-xay nổi tiếng là polydisperse, trong đó giới thiệu tương ứng không đồng nhất trong tài sản. Hơn nữa, các quy trình cần nhiều năng lượng như vậy về bản chất có thể giới thiệu sự gián đoạn về hình thái không mong muốn và không đồng nhất hóa, tất cả đều làm giảm hiệu suất. Ngược lại, chúng tôi đã phát triển một, một nồi đồng giảm trực tiếp, do đó đồng thời hình thành cả nguyên sơ, tinh thể nano monodisperse và RGO mong muốn mà không xử lý hoặc phối tử Sinh hóa năng lượng. Quan sát rằng phương pháp tiếp cận hiện tại để giảm GO, giảm tiền chất kim loại để tạo thành các tinh thể nano Mg cả hai đều dựa trên methodologies4,15,16,17 tương tự, chúng tôi tổng hợp nanocomposites RGO-Mg thông qua một phương pháp đồng giảm dựa trên dung dịch dễ dãi. Trong quá trình này, Mg2 + tiền thân được ổn định bởi GO và cả hai đều giảm naphthalenide lithium. Việc thu được RGO-Mg được đặc trưng qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và nhiễu xạ tia X (XRD), như thể hiện trong hình. 1b, c. Mg tinh thể nano là đường kính 3,26 nm (± 0.87 nm) dựa trên hình ảnh TEM (hình bổ sung 1 và 2), trình bày các tinh thể nano monodisperse tốt, so với các hyđrua kim loại được điều chế bằng phương pháp thông thường như phay bóng. Mặc dù Scherrer phân tích của chiều rộng XRD đỉnh chỉ ra kích thước tinh thể lớn hơn của ~15 nm (Bảng phụ 1), hàng trăm hình ảnh TEM trên hàng chục mẫu đều cho thấy 3,26 nm có kích thước tinh thể nano Mg. Các quan sát của các tinh thể nano cá nhân trong TEM là một thách thức do mật độ electron thấp của Mg, mặc dù trong tài liệu của chúng tôi Mg tinh thể nano có đường kính 3-4 nm có mặt và xác nhận bởi nhiều phương pháp đặc trưng. Tuy nhiên, rất có thể rằng có tồn tại một số cụm và mạng lưới của các hạt Mg trong mẫu là kết quả XRD bao hàm sự tồn tại của một phần nhỏ bao gồm sự tích tụ của các tinh thể nano; khi chúng ta thảo luận về sau, các thuộc tính lưu trữ H2 là phù hợp nhất với các tinh thể kích thước nano ~few. Các khu vực của các đỉnh núi trong mất mát năng lượng electron quang phổ (EELS) đo (Mg >>> C> O) chỉ ra một mật độ cao của Mg trong hỗn hợp (Hình. 1d). Ngoài ra, mặc dù có một bao bì rất dày đặc của tinh thể nano Mg, các nanolaminates đã quan sát được khá ổn định với môi trường. Để điều tra các giới hạn của sự ổn định, mẫu RGO-Mg được cho tiếp xúc với không khí và đặc trưng theo thời gian bằng XRD và TEM (Hình 1c và bổ sung hình 1..); đáng kể, thậm chí sau 3 tháng tiếp xúc không khí, các tinh thể nano vẫn gần như hoàn toàn zero-valent tinh Mg, đồng thời cho thấy cuộc xâm lược của chỉ một cường độ thấp Mg (OH) 2 đỉnh (bổ sung hình. 3 và kết quả kiểm tra ăn mòn bổ sung trong bổ sung hình . 4 và bổ sung thảo luận). Hơn nữa, để cho thấy độ tin cậy cung cấp bởi phương pháp này, chúng tôi hoàn toàn tiếp xúc với các mẫu không khí và sau đó chứng minh đi xe đạp hydro. Điều này là không thể với bất kỳ công nghệ hydride khác với mật độ lưu trữ so sánh. Mặc dù không ai trong số các kỹ thuật được sử dụng để mô tả đặc điểm cho thấy bằng chứng cho sự hình thành sâu rộng của các oxit của Mg (MgO hoặc Mg (OH) 2), rất có thể một mỏng, tự chấm dứt lớp oxit hoặc sub-oxit có thể hình thành trên các tinh thể nano; Tuy nhiên, oxit này không đo được có ảnh hưởng đến hiệu suất (Hình. 1d và bổ sung hình. 5).

Công suất hydro và phân tích động học
hấp thụ hydro và giải hấp đặc tính của hỗn RGO-Mg đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng công cụ Sieverts PCT-Pro tại 15 bar H2 và 0 thanh, tương ứng, như trong hình. 2a. Hydrogen hấp thu rất nhanh và sự hình thành của MgH2 đã được khẳng định bởi XRD (Hình. 2c) và nhiễu xạ electron (bổ sung hình. 1). Khả năng hấp thụ hydro của hỗn hợp là 6,5% trọng lượng và 0,105 kg H2 mỗi lít trong tổng hợp, đó là khả năng cao nhất được báo cáo (tính trên cơ sở khối lượng hỗn hợp đầy đủ) sử dụng các hyđrua kim loại dưới điều kiện tương đồng. Điều này tương ứng với 7,56% trọng lượng H2 trong các tinh thể nano Mg, đó là 99,5% giá trị lý thuyết (7,6% trọng lượng) 5. Do tính chất nguyên tử mỏng đóng gói, những nanocomposites đạt được đóng gói dày đặc hơn các tinh thể nano kim loại hơn là có thể bởi bất kỳ phương pháp cạnh tranh, dẫn đến mật độ lưu trữ tối ưu. Hơn nữa, hydro cũng dễ dàng desorbed lên đến 6,12% trọng lượng trong hỗn hợp, do đó thể hiện sự đảo ngược tuyệt vời. Để xác minh rằng sự hấp thụ hydro không được gây ra bởi sự hiện diện của GO trong các nghiên cứu kiểm soát tổng hợp chỉ sử dụng GO đã được tiến hành và trưng bày tối thiểu (<0,2% trọng lượng trong GO) hấp thụ ở 200 ° C và 250 ° C (bổ sung hình. 6 ). Đây là một đóng góp không đáng kể, cho rằng số lượng GO trong multilaminates là <2% trọng lượng tổng thể. Để phân tích động học, năng lượng kích hoạt (Ea) cho sự hấp thụ hydro / giải hấp