Solar Thermochemical Water-Splitting Reaction Enhanced by Hydrogen Permeation Membrane
低转化率和低效率一直是影响热化学水裂解反应性能的主要因素。本文首次对透氢膜（HPM）在太阳能驱动下的等温热化学分解反应进行了热力学研究，在1500 ℃和10-5 atm的条件下，HPM的转化率达到87.8%，而透氧膜的转化率仅为1.26%。根据热力学分析，第一定律热力学效率可高达59.1%。当考虑到太阳能-电能转换效率和真空泵效率（将分离功转换为太阳能）时，我们模拟了1500 oC时3.05%的可观效率。该数值模型将为高温太阳能水裂解制氢的实际应用提供指导。这些新的工作体现了构建高效太阳能热化学水裂解的HPM反应器的重要意义，这为高温太阳能水裂解提供了一种新的途径。
2018-08-07 cond-mat.mtrl-sci
SHIELD: A Reference Gas-Driven Permeation Platform for Hydrogen Permeation Studies
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（等离子体科学与聚变中心，麻省理工学院）
SHIELD平台通过精确控制压力和温度条件，实现了对结构材料氢渗透性能的可靠测量，其结果与文献数据一致，适用于评估等离子体装置中的渗透屏障涂层。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Density-functional theory calculation of hydrogen solubility in cubic silicon carbide at finite temperatures
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用密度泛函理论从头算框架预测纯净和缺陷β-SiC中的氢溶解度，发现碳富集非化学计量非晶结构和硅空位显著增强氢溶解度。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of hydrogen diffusion and trapping in ferritic steels containing (Ti,Cr)C particles using electrochemical permeation and thermal desorption spectroscopy
本文通过电化学渗透和热脱附谱结合有限元拟合，研究含(Ti,Cr)C颗粒铁素体钢的氢捕获行为，发现细小颗粒显著减缓氢扩散，并指出捕获参数拟合存在非唯一性问题。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Computational workflow for investigating hydrogen permeation in novel hydrogen storage materials
本文提出估算氢扩散系数的计算工作流，结合NEB方法与大规模构型计算分析NiH fcc材料，揭示浓度、近邻环境及扩散路径对氢渗透势垒和速率的影响。
2023-12-09 cond-mat.mtrl-sci
High-sensitivity hydrogen gas permeation: system development, sample preparation, and influence of testing variables
University of Oxford（牛津大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）
开发高灵敏度氢气渗透系统，研究表面状态、压力、温度等变量对氢渗透的影响，揭示表面氧化物在室温下主导控制氢渗透，优化条件下氢传输遵循体扩散控制行为。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Comparison of hydrogen diffusivities measured by electrochemical permeation and temperature-programmed desorption in cold-rolled pure iron
用渗透和解吸方法研究了氢在冷轧纯铁中的扩散系数。电化学充电，电渗透和热脱附光谱（TDS）的实验进行。首先，建立了充电电流与氢气浓度的关系。其次，在22 ° C、40 ° C和67°C下进行渗透实验以量化扩散率对温度的依赖性。最后，通过使用两种类型的解吸实验和Fick定律来估计扩散率：（一）“静止时间”法，通过该方法，我们测量在室温下保持不同时间的样品的氢含量，和（二）在22至80°C的温度范围内的等温解吸实验，拟合所得解吸速率对时间的曲线。等温解吸和渗透的方法之间获得良好的协议，所观察到的差异进行了讨论和合理化。此外，冷轧纯铁的测量扩散率值也被发现是在文献中报道的那些。这项工作表明，等温解吸实验是一种方便的方法来确定在很宽的温度范围内的氢扩散率，促进了新的TDS系统与快速加热速率。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Analysis of hydrogen diffusion in the three stage electro-permeation test
本文通过瞬态分析研究三阶段电化学渗透测试中伴随陷阱捕获与脱陷阱的氢扩散行为，量化了渗透响应对陷阱深度和密度的敏感性，并揭示高密度深陷阱会导致第一阶段与第三阶段渗透响应显著不同。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.app-ph
Unveiling the origin of diffusion suppression of hydrogen isotopes at the α-Al2O3(0001)/α-Cr2O3(0001) interfaces
本研究利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，揭示α-Al2O3/α-Cr2O3界面通过诱导邻近区域形成O-H键并增强氧空位，从而提高氢同位素扩散势垒。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Permeation behaviour of hydrogen isotopes in molten FLiBe (2LiF-BeF2): Identifying sources of uncertainty and associated measurement challenges
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Commonwealth Fusion Systems（联邦聚变系统）
研究通过HYPERION设施系统调查，量化氢同位素在FLiBe中的渗透性，揭示渗透行为的不确定性来源及测量挑战，提出盐侧充电方法以解决渗透障碍问题。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Simulation of hydrogen permeation through pure iron for trapping and surface phenomena characterisation
需要能够预测氢在应力集中区和裂纹尖端附近的局部积聚的数值模型，以防止和减轻钢中的氢辅助断裂。为了准确模拟氢的输运过程，通常需要通过电渗透试验来表征金属中的俘获参数。为了研究渗透过程中的晶粒尺寸的影响和晶界捕获，两种建模方法进行了探索;一个一维有限元模型，包括陷阱密度和结合能作为输入参数和多晶模型的基础上分配的较低的扩散率和溶解度的晶界。纯铁样品经过两种不同的热处理-950 ℃ 40分钟和1100 ℃ 5分钟-进行测试，应用三个连续的上升渗透步骤和三个衰减步骤。实验结果表明，由于晶界捕获，更细的晶粒组织促进扩散延迟。陷阱密度和结合能的测定通常的方法被重新考虑，在限制稀释和饱和的情况下被认为是。为此，表观扩散系数拟合，包括边界条件的影响，并提供恒定浓度与恒定通量假设的比较结果。晶粒边界的特点是纯铁与37.8和39.9千焦/摩尔之间的结合能和低陷阱密度，但它的数值表明，饱和或稀释的假设并不总是验证，和一个单一的确定捕获参数需要更广泛的充电条件渗透。研究了表面参数，即充电电流、复合电流和表面浓度之间的关系。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Modeling the effect of grain boundary diffusivity and trapping on hydrogen transport using a phase-field compatible formulation
本研究提出一种与相场法兼容的全动力学公式，用于模拟氢扩散与晶界捕获，发现在外部浓度梯度下晶界捕获与扩散协同增加氢通量，而晶界扩散率是决定氢保留的关键。
2024-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural features and hydrogen diffusion in bcc FeCr alloys: a comparison between the Kelvin probe- and nanohardness based- methods
本文结合开尔文探针电位氢电极法、热脱附谱和原位纳米压痕，研究FeCr合金中位错、晶界和Cr原子形成的可逆氢陷阱对氢扩散的抑制作用，并验证了基于纳米硬度的扩散系数新方法。
2024-09-04 cond-mat.mtrl-sci
A new palladium alloy with near-ideal hydrogen storage performance
氢基燃料需要能够在环境温度下运行的高密度存储。钯及其合金是氢燃料电池应用中研究最多的金属载体。本研究提出了一种可在室温下储存和释放氢气的替代储氢钯合金。研究最多的Pd（110）的表面用Au和Rh修饰，使得氢吸附能为0.49 eV，释放温度为365 K。这两个值都非常接近于现实世界中使用的氢燃料电池的吸附能和释放温度的最佳值。
2022-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Resistivity testing of palladium dilution limits in CoPd alloys for hydrogen storage
钯满足了有效储氢材料的大部分要求，但有两个主要缺点：它具有相对低的重量氢密度，并且对于大规模应用来说过于昂贵。Pd基合金应被视为纯Pd的可能替代品。问题是在保持氢吸收能力的同时，可以在多种候选材料中稀释多少Pd浓度。我们证明，薄膜合金样品的电阻率测量可用于定性高通量筛选和研究的吸氢性能在整个范围内的钯浓度。与富钯合金相反，在富钯合金中，额外的氢散射指示氢含量的程度，稀释的合金膜响应于由于其厚度膨胀而导致的电阻降低。显着的氢吸收的证据被发现在薄CoPd薄膜稀释到只有20%的Pd。
2022-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Effects of aluminum on hydrogen solubility and diffusion in deformed Fe-Mn alloys
讨论了氢在铝合金化铁锰合金中的扩散和溶解度。感兴趣的系统进行四向和各向同性变形。基于从头计算模型，我们计算的解决方案的能量，然后采用Oriani的理论，反映了通过陷阱位扩散的影响，铝合金化。这种局部平衡模型的补充爱因斯坦扩散的定性考虑。因此，我们采用爬像轻推弹性带方法计算氢扩散的最小能量路径和能垒。对于氢的扩散率和溶解度，我们发现替代Al原子的影响具有局部化学和非局部体积贡献。
2016-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale investigation of hydrogen distribution in a Ti-Mo alloy
氢的进入通常与钛合金的灾难性失效有关。本文采用原子探针层析技术定量研究了完全\b{eta}和α+ \b{eta} Ti-Mo合金中氢的分布。在完全\b{eta}样品中，氢不会在晶界处偏析，但在某些α/ \b{eta}相界处偏析，其组成超过20 at.%在α+ \b{eta}样品中。在两种样品中均未观察到稳定的荧光。\b{eta}相中的氢浓度从~13 at. %至约4at. %，这归因于通过Mo添加的氢吸收的抑制。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
High-entropy alloy TiV2ZrCrMnFeNi for hydrogen storage at room temperature with full reversibility and good activation
本研究设计了一种 AB 型高熵合金 TiV2ZrCrMnFeNi，通过 C14 Laves 和 BCC 双相结构实现室温下无需活化的快速吸氢与完全可逆，为安全紧凑储氢提供了新方案。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen storage in C14 type TiVZrMnCoFe high entropy alloy
在本研究中，我们讨论了合成，显微结构和储氢行为的金属间化合物Laves相在己醛TiVZrMnCoFe高熵合金。在该HEA中，三种元素是氢化物形成元素，另外三种是非氢化物形成元素（Fe、Mn、Co）。采用Meidmas模型计算了混合焓等热力学参数，提出了开发高熵Laves相基贮氢材料的可能性。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Sensitivity of ferromagnetic resonance in PdCo alloyed films to hydrogen gas
本文研究了不同钴含量（x = 0.65，0.39，0.24和0.14）的Co（x）Pd（1-x）合金样品的铁磁共振响应。我们发现样品对样品环境中氢气存在的响应存在显着差异。两个特定的薄膜（与x=0.39和0.24）表现出的行为，这是有希望的应用在氢气传感。利用Co（39）Pd（61）合金薄膜，在外加磁场一定的情况下，我们能够在很宽的范围内（从<0.1%到100%）测量氢气浓度。最后，我们证明了Co（24）Pd（76）合金薄膜对超低氢气浓度（从10到10000 ppm）敏感。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Continuum model for hydrogen pickup in Zirconium alloys of LWR fuel cladding
本文建立了一个连续介质模型，用于计算各种锆合金在水蒸气和加压水氧化条件下随时间变化的氢吸收率。仅使用一个拟合参数，在氧化物表面的有效氢气分压，得到的预测和先前测量的氢拾取分数之间的定性协议。因此，计算结果表明，通过致密的氧化物层的H扩散起着重要的作用，在氢拾取过程。最后讨论了该模型的局限性和可能的改进。
2017-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Permeation of hydrogen across graphdiyne: molecular dynamics vs. quantum simulations and role of membrane motion
Instituto de Física Fundamental, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IFF-CSIC)（基础物理研究所，西班牙国家研究委员会）
研究通过分子动力学模拟和量子模拟比较氢气通过graphdiyne膜的渗透过程，探讨膜运动对渗透性能的影响。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Enhancing TiFe Alloy Activation for Hydrogen Storage Through Al, Cr, Co, and Cu Substitutions as a Step Towards Future Recycling
本研究从循环经济视角探究TiFe₀.₈₀-X₀.₂₀（X=Co、Cu、Cr、Al）合金的储氢活化行为，通过两种方法测试，发现Cr替代合金快速活化、Al含合金可立即吸氢，为回收源生产储氢合金提供材料选择依据。
2025-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Significance of interphase boundaries on activation of high-entropy alloys for room-temperature hydrogen storage
本研究通过设计单相与双相高熵合金，发现相界能促进氢传输与氢化物异质形核，实现室温无活化储氢，为解决HEAs需高温活化的缺陷提供了有效策略。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Computational design of novel MAX phase alloys for potential hydrogen storage media combining first principles and cluster expansion methods
寻找一种合适的材料在环境大气条件下储氢是材料科学家和化学家的挑战。采用基于第一性原理的团簇展开方法，研究了Ti 2AC（A = Al，Ti，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn）MAX相及其合金的储氢性能。我们发现氢在Ti-A层中是能量稳定的，其中由一个A原子和三个Ti原子组成的四面体位置比Ti-A层中的其他位置更有利于氢的吸附。Ti_2CuC具有最高的氢吸附能。我们发现，83.33%Cu掺杂的Ti 2AlxCu 1-xC合金结构是能量和动力学稳定的，可以存储3.66wt%的氢在环境大气条件下，这是高于Ti 2AlC和Ti 2CuC相。这些发现表明，MAX相的氢容量可以通过掺杂适当的原子种类而显著提高。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing solute hydrogen and hydrides in pure and alloyed titanium at the atomic scale
Ti对氢具有高亲和力，是典型的氢化物形成剂。钛氢化物是一种脆性相，可能导致钛合金的早期失效。在这里，我们使用原子探针断层扫描和电子显微镜，以调查在一组标本的商业纯钛，模型和商业钛合金的氢分布。虽然可能是在用聚焦离子束制备样品的过程中部分引入的，但我们发现在商业纯Ti和α+ \b{eta}二元模型合金中，沿α晶界和α/\b{eta}相界形成了Ti-β。在加入Al或Mo过饱和淬火的合金中，α相没有出现过饱和。
2018-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen delaying the formation of Guinier-Preston zones in aluminium alloys
氢对Al-5Cu合金在自然时效过程中GP区形成和生长的影响进行了原子尺度的实验研究和从头算数值计算。如通过扫描/透射电子显微镜观察到的，硬化动力学被延迟，由于在自然老化过程中，当氢被并入时GP区的生长较慢。根据从头计算，延迟硬化的结果从氢捕获在空位中，显着降低铜的扩散系数和铝的自扩散。扩散系数的这种降低是由于氢处于与空位交换的原子的路径中（并且增加能垒）或者由于氢从空位解离（并且导致较不稳定的状态）。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface hydrogen on the anomalous surface segregation behavior of Cr in Fe-rich Fe-Cr alloys
已知Cr在稀Fe-Cr合金中的偏析行为是异常的，因为这些合金中Cr的表面偏析的主要障碍不是来自最顶部的表面层，而是来自次表面层，其中Cr的溶解能与最顶部的表面层相比吸热得多。铁铬合金是新一代核反应堆的候选结构材料。这些合金的表面将在这些反应器中暴露于氢或其同位素，尽管氢既不溶于Fe也不溶于Fe-Cr合金，但已知氢在铁表面上的吸附能不仅是放热的，而且相对较大。这清楚地提出了吸附在铁表面上的氢对铬向铁表面的偏析行为的影响的问题。在本文中，我们表明，我们的从头计算密度泛函理论计算的基础上，铁表面上的氢的存在下，导致一个大大减少的障碍铬偏析的最高表面层和次表层，但次表层仍然控制的障碍表面偏析。表面偏析屏障的这种降低是由于以复杂和协同方式起作用的Cr-H对的性质。Cr的存在增强了氢吸附的放热性质，这又导致表面偏析的屏障降低。这些结果应包括在铁铬合金的多尺度模拟。
2013-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al-alloys
对交通运输温室气体排放的越来越严格的规定促使人们重新审视用于车辆的材料。飞机上常用的高强度铝合金可以帮助减轻汽车的重量，但容易受到环境退化的影响。氢（H）“脆化”通常被认为是主要的罪魁祸首，然而，支撑失效的机制是难以捉摸的：对合金中H的原子尺度分析仍然是一个挑战，这阻碍了部署合金设计策略来提高材料的耐用性。在这里，我们成功地进行了近原子尺度的分析H捕获在第二相粒子和晶界的高强度7 xxx铝合金。我们用这些观察结果来指导原子从头计算表明，合金元素和H的共偏析有利于晶界脱粘，而到第二相中的H的强分区从基体中除去溶质H，从而防止H-脆化。我们的见解进一步推进了对铝合金中氢辅助脆化的机理理解，强调了氢陷阱在延缓开裂和指导新合金设计中的作用。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Detection of hydrogen by the extraordinary Hall effect in CoPd alloys
研究了氢吸附对CoPd铁磁薄膜中异常霍尔现象（EHE）的影响。氢的吸附在非常霍尔效应系数中增加了一个正项，并通过磁滞回线的矫顽力和剩磁的相应变化来修改垂直磁各向异性。氢敏组分在Co浓度为20% < x < 50%的范围内响应最强，在EHE极性反转点x_0 ~ 38%附近响应最强。根据薄膜成分和操作领域，CoPd对低浓度氢的EHE响应可以达到数百%，这使得该方法和材料对于氢传感具有吸引力。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen uptake and hydride formation in Al$_x$CoCrFeNi high-entropy alloys: First-principles, universal-potential, and experimental study
Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Max-Planck-Institut for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；Goethe University Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM)（联邦材料研究与测试研究所）
研究通过实验和计算揭示铝基高熵合金中氢吸收机制，发现铝元素抑制氢溶解，B2有序结构影响氢化物形成。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of hydrogen vacancy interactions on natural and artificial ageing of an AlMgSi alloy
研究了氢对Al-Mg-Si合金在自然时效和人工时效过程中组织演变的影响。这项研究的目的是更好地了解氢和晶体缺陷，特别是空位之间的相互作用。实验数据表明，在氢环境中的自然时效期间，硬化响应延迟。这是由于流动性降低导致过多空缺的恢复较慢。为了确认和量化氢对空位迁移能的影响，在空位浓度恒定的条件下进行人工时效。因此，进行长时间退火处理，以研究氢对棒状析出物粗化的影响。利用透射电子显微镜和原子探针层析成像，它被证明，沉淀的体积分数和组成不变，但粗化动力学下H2气氛下显着降低。这导致延迟软化，与理论估计值吻合良好。因此，即使固溶体中的氢浓度低，也会显著影响铝基体中合金元素的迁移率。这是氢-空位相互作用导致空位迁移能增加的结果。基于经典的粗化理论，可以证明，对于接近空位浓度的氢浓度，这种增加约为5%。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of kinetic effects on terminal solid solubility of hydrogen in zirconium alloys
辐照后锆基核燃料包壳的完整性与氢的溶解度密切相关。综述了氢在锆合金中的溶解度测量技术的发展，并结合已建立的氢在锆合金中的溶解度模型，给出了最终固溶度的计算方法。结果往往允许与已建立的模型不同的解释。另一种定性的方法，提出了一种基于热历史，总氢含量和冷却速率的动力学模型取代固定的TSSp的沉淀的锆氧化物。从一个固定的TSSp到一个动力学限制的TSSd的模型的修改的影响进行了讨论相对于在长期存储的氢化物脆化过程的理解。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Short-Range Order Regulates Hydrogen Energetics and Hydrogen-Dislocation Interactions in CoNiV
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过机器学习势函数揭示CoNiV中短程有序对氢能学和位错行为的调控作用，发现钒中心有序抑制钒-钒聚集并重塑氢溶解景观，降低氢渗透能力。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning via artificial neural networks coupled with density functional theory and experiments for thermodynamic optimization of high-entropy alloys for hydrogen storage at room temperature
WPI, International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学）；Department of Automotive Science, Graduate School of Integrated Frontier Sciences, Kyushu University（九州大学）；Institute for Materials Science, University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究采用人工神经网络和密度泛函理论设计新型AB型Ti_xNb_{2-x}VCrMnFe高熵合金，预测钛含量增加使氢化物生成焓降至-25至-39 kJ/mol，实验验证了富钛合金在室温下可逆快速储氢。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
High Entropy Alloy Catalytic Action on MgH2 Hydrogen Storage Materials
本研究针对MgH₂储氢材料动力学慢、热力学差的问题，采用Al₂₀Cr₁₆Mn₁₆Fe₁₆Co₁₆Ni₁₆高熵合金作为催化剂，有效降低了放氢温度、提升了吸放氢速率，且循环稳定性优异。
2023-07-23 cond-mat.mtrl-sci
TiFe$_{0.85}$Mn$_{0.05}$ alloy produced at industrial level for a hydrogen storage plant
在使用氢作为大规模能量载体时，基于金属间化合物的金属氧化物起着关键作用，这要归功于存储所需的温和温度和压力。越来越需要开发氢基器件，在这项工作中，金属间化合物TiFe $_{0.85}$ Mn $_{0.05}$被评估并选择为用于50 kg H $_2$的存储系统的H $_2$ -载体。在工业水平上合成了一批5 kg的合金，并通过扫描电子显微镜和粉末X射线衍射进行表征，以确定结构和相丰度。此外，氢吸附性能进行了研究，通过热力学和动力学分析，然后通过长期的循环研究和抵抗O $_2$和H $_2$ O中毒。比较具有相同标称组成的合金的结果，但是在工业或实验室条件下制备的合金，发现合金合成促进相丰度和微观结构的差异，并促进形成钝化层，其深刻影响氢吸附性能。提出了一种基于Monte Carlo模拟和结构结果的方案来解释钝化层（Ti $_3$ Fe $_3$ O）和第二相（Ti $_4$ Fe $_2$ O $_{0.4}$和$β$ -Ti $_{80}$（Fe，Mn）$_2$ 0）在促进TiFe $_{0.85}$ Mn $_{0.05}$氢化中的关键作用。基于该合金的存储系统可以与上游的电解槽（25巴）和下游的燃料电池（1巴）在55 $^\circ$ ℃下集成，存储1.0 H $_2$重量%，显示出快速的动力学，耐氧、水和氮气杂质，以及超过250次循环的稳定性。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Crack arrest markings in stress corrosion cracking of 7xxx aluminium alloys: insights into active hydrogen embrittlement mechanisms
本研究结合4D-STEM与原子探针断层扫描揭示7xxx铝合金SCC止裂痕的氧化形成机制及氢致解聚合裂纹扩展证据。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Understanding early stages of low-temperature hydrogen-driven direct co-reduction of Fe-Ni mixed oxide thin films at the near atomic scale
Chair for Materials Discovery and Interfaces, Institute for Materials, Ruhr-Universität Bochum（鲁尔大学材料研究所材料发现与界面讲席）；Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Center for Interface Dominated High Performance Materials (ZGH), Ruhr-Universität Bochum（鲁尔大学界面主导高性能材料中心）
研究通过Fe50Ni50Ox薄膜探究氧化物薄膜在近原子尺度下的低温度氢直接共还原过程，揭示了纳米结构和镍自催化效应在合金形成中的协同作用。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Niobium Doping on the Crystal Structure and Hydrogen Sorption Properties of TiFe: Combined Synchrotron X-ray Diffraction and Extended X-ray Absorption Fine Structure Study
University of Stavanger（斯塔万格大学）；Institute for Energy Technology（能源技术研究所）
本研究通过同步辐射X射线衍射和扩展X射线吸收精细结构分析，探讨了铌掺杂对TiFe合金晶体结构和氢吸收性能的影响，发现铌的掺杂能改善基质激活和氢吸收动力学，而不影响整体储氢能力。
2026-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature synthesis of heterostructures of transition metal dichalcogenide alloys (WxMo1-xS2) and graphene with superior catalytic performance for hydrogen evolution
通过湿化学路线，然后在低温（300 $^\circ$ C）下热处理，获得通过交替石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）合金形成的垂直异质结构的大面积（$\sim$ cm $^2$）膜。特别地，我们合成了堆叠的石墨烯和用作析氢催化剂的W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金相。当异质结构合金在300 $^o$ ℃退火时，我们观察到38.7 mV dec $^{-1}$和96 mV起始电位（在10 mA cm $^{-2}$的电流密度下）的塔菲尔斜率。这些结果表明，由石墨烯和W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金形成的异质结构比WS $_2$和MoS $_2$有效至少两倍，并且优于任何其他报道的TMD系统。这种策略提供了一种廉价且低温的合成替代方案，能够在析氢反应（HER）中取代Pt。此外，合金的催化活性随时间稳定，即催化活性即使在1000次循环后也不经历显著变化。使用密度泛函理论计算，我们发现，这种增强的析氢在W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金中主要是由于较低的能量势垒产生的d-轨道的过渡金属和H $_2$的s-轨道的有利的重叠，与最低的能量势垒发生W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金。因此，除了先前报道的产生点缺陷、空位和边缘的策略之外，现在还可以通过金属合金化进一步改善“惰性”TMD基面的性能。在相…
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Influence of interphase boundary coherency in high-entropy alloys on their hydrogen storage performance
本研究通过比较六种双相高熵合金，发现非共格且比例足够的相界可免活化吸氢，而共格相界因自由体积低、界面能低不利氢扩散与形核，提出引入适当比例非共格相界以活化储氢材料。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen storage in nanocrystalline high entropy material
本研究合成了纳米晶Al-Cu-Fe-Ni-Cr高熵合金，证实其具备快速吸放氢动力学与优异循环稳定性，为储氢应用提供了潜在候选材料。
2025-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Explainable Machine Learning for Hydrogen Diffusion in Metals and Random Binary Alloys
本文构建物理化学性质数据库并拟合六个可解释机器学习模型，预测金属及随机二元合金中氢扩散激活能，通过分组特征重要性识别出堆积因子和电子比热等关键因素，实现新材料快速筛选。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental hydrogen storage properties of TiFe-alloy with partial substitution of Fe by Ti and Mn
TiFe金属间化合物由于其成本低、体积氢密度好、易于通过元素替代来调节加氢热力学而得到广泛的研究。所有这些积极的方面使这种材料有希望用于固态储氢的大规模应用。另一方面，活化和动力学问题应得到修正，元素取代的作用应得到进一步理解。本文研究了TiFe相（Ti：Fe比为1：1 ~ 1：0.9）的均匀性范围内Ti含量的变化以及Mn在0 ~ 5at.%之间取代Fe引起的热力学变化。在所有考虑的合金中，主要相是TiFe型，以及分别在TiFe相域的贫Ti侧和富Ti侧的少量TiFe 2或\b{eta} -Ti型和Ti 4 Fe 2 O型。热力学数据与现有文献一致，但在此提供了扩展的Ti和Mn组成范围内的加氢性能的全面描述。此外，它表明，富钛合金显示增强的存储容量，只要形成有限量的\b{eta} -Ti。Mn和Ti的替代增加电池参数可能取代Fe，降低平台压力和减少滞后的等温线。将讨论作为组合物的函数的储氢性能的依赖性的全貌，连同一些观察到的相关性。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting stress-corrosion cracking and hydrogen embrittlement in 7xxx-Al alloys at the near-atomic-scale
氢脆（HE）影响所有主要的高强度结构材料，因此是汽车等轻量化的主要障碍，有助于减少碳排放并达到净零排放。高强度7 xxx系列铝合金可以满足对轻质高强度材料的需求，并且已经广泛用于航空航天领域的减重目的。然而，取决于热机械和负载状态，这些合金可以通过阳极溶解和氢脆对应力腐蚀开裂（SCC）敏感。在这里，我们研究在近原子尺度的晶内和晶间显微组织的提前和在一个传播的SCC裂纹后。从与应用不严格相关的模型案例出发，我们对工程Al-7 XXX合金进行了行业标准测试。H被发现隔离到位错的平面阵列和晶界，我们可以关联到氢增强的局部塑性（HELP）和氢增强的脱粘（HEDE）机制的综合效应。我们报告上的镁富H-丰富的非晶氧化物腐蚀裂纹表面和镁相关的扩散过程的证据，导致溶解的强化η-相沉淀物提前裂纹。我们显示高达1原子%的O，即远高于O在Al中的溶解度极限，在氧化物-金属界面附近的入口，而没有增加的H水平被发现在基质中。我们提供了一系列的讨论点，相对于结构缺陷的相互作用，溶质的运输，从而改变对裂纹扩展的阻力，这已经被忽略了整个SCC文献，并防止准确的使用寿命预测。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Isotope Trapping in Al-Cu Binary Alloys
研究了Al-XCu（0.0at. % <X <3.5原子%）使用热脱附光谱（TDS）、电导率和差示扫描量热法研究合金。用恒定升温速率TDS测定了微结构陷阱能和占位率。除了文献中报道的纯Al中的捕获状态（间隙晶格位点、位错和空位）之外，还观察到由于Al-Cu金属间化合物沉淀物引起的捕获位点。该沉淀陷阱的结合能为（$18\pm3$）kJ $\cdot$ mol $^{-1}$（$0.19 \pm 0.03$ eV）。该阱的典型占有率高;对于Al-2.6at. %在200 ° C下用130 MPa D $_2$充入Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）68天后，存在约0.5%的Cu（Cu组成与AA 2219中的相当）。每摩尔Al有$3.15\times10^{-7}$摩尔D结合到沉淀物捕集器上，占带电样品中D的三分之一。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning to explore high-entropy alloys with desired enthalpy for room-temperature hydrogen storage: Prediction of density functional theory and experimental data
本研究采用基于四种核函数的高斯过程回归机器学习模型，利用420个数据点训练并预测TixZr2-xCrMnFeNi系统的氢化物生成焓，为设计室温储氢高熵合金提供快速可靠方法。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Kinetic Evaluation Favors Compositionally Diverse Multicomponent Alloy Nanoparticles for Hydrogen Evolution
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）
本研究通过结合机器学习、蒙特卡洛模拟与动力学评估，发现多组分高熵合金纳米颗粒在析氢反应中优于静态吸附能筛选的富Pt低组分组合，提出动力学筛选可补充传统静态筛选方法。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Structure, microstructure and hydrogen storage properties of melt-spun V55Ti21Cr17Fe7 and V55Ti21Mn17Fe7
采用压力成分温度试验评价了V55Ti21Cr17Fe7和V55Ti21Mn17Fe7合金及其薄带的吸氢性能。通过吸氢曲线研究了它们的吸氢动力学性质。通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析，分别确定了吸氢前和吸氢后PCT试验的合金和薄带的晶体结构和显微组织。采用Sieverts容量法和悬浮天平重量法对材料的储氢性能进行了研究。
2013-03-20 cond-mat.mtrl-sci
High entropy alloys and their affinity to hydrogen: from Cantor to platinum group elements alloys
本文通过高压X射线衍射对比研究了Cantor及铂族高熵合金在氢环境中的抗氢化物形成能力，发现其抗氢脆性能与工业CuBe合金相当，为涉氢应用提供了依据。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning Stability of AB3-Type Alloys by Suppressing Magnetism
Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学先进材料研究所）；Institute for Materials Research (IMR), Tohoku University（东北大学材料研究所）；Department of Materials Engineering, The University of Tokyo（东京大学材料工程系）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究院）
通过过渡金属替代控制磁性，优化AB3型合金的稳定性与氢存储容量的平衡。
2025-12-25 cond-mat.mtrl-sci
In-situ neutron diffraction during reversible deuterium loading in Ti-rich and Mn-substituted Ti(Fe,Mn)0.90 alloys
氢是一种高效的能源载体，可以从可再生能源中生产，从而实现向无二氧化碳能源的过渡。氢可以用合适的合金以固态储存很长一段时间。富Ti的TiFe 0.90化合物在第一次加氢时表现出温和的活化过程，而Ti（Fe，Mn）0.90替代合金可以导致平衡压力作为最终应用的函数的微调。本文用原位中子衍射法测定了TiFe（0.90-x）Mnx（x = 0，0.05和0.10）合金及其氘化物的晶体结构，同时记录了室温下的压力-成分等温线。本文旨在分析富Ti Ti（Fe，Mn）0.90合金中Mn替代Fe对可逆充氘过程中组织性能的影响，这一问题至今尚未得到解决，也很少有人探索。激活后，样品已被转移到定制的不锈钢和铝合金电池用于在ILL和ISIS中子设施的氘加载过程中，分别在原位中子衍射实验。该研究通过确定氘化过程中的体积膨胀，使人们对储氢、基本结构知识有了深刻的理解，并为用于储能系统中集成储氢罐的TiFe型合金的工业应用提供了支持。此外，该研究表明，不同含量的Mn不会显著改变相变期间的体积膨胀，仅影响γ相的氘含量和\b{eta}相的晶胞演化。研究证实，吸氘后的γ相、解吸后的\b{eta}和α相的氘代结构与S. G. Cmmm、P2221和Pm-3 m。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Two-stage Hydrogen Compression Using Zr-based Metal Hydrides
采用高频感应悬浮炉，在氩气保护下，由纯元素经熔炼和再熔炼制备了含有相同类型A、B金属的Zr基AB_2-Laves相型合金。通过粉末X射线衍射（XRD）测量和SEM/EDX分析对合金进行了表征。使用高压Sievert型仪器，在20和90 ℃下记录了系统的PCI（压力-组成-等温线）测量。本研究的目的是寻找一系列具有合适性能的快速形成金属间化合物（MH）的合金，以建造MH基氢压缩机，在20 ~100 ℃之间以相同的方式工作。
2012-07-15 cond-mat.mtrl-sci
