题目：Mg基纳米薄膜的制备及其储氢性能的研究

氢能是资源丰富、能量高、干净无污染的重要能源。由于石油等非再生能源的减少及对环境的污染，氢能源便发展起来。目前，氢能源受到了各国科研人员和相关工业企业的高度关注。储氢材料是一种便捷有效地储氢方式。由于Mg具有质量轻、储量丰富、价格低廉、储氢量大等特点，Mg基储氢材料越来越受到人们的重视。但同时Mg基储氢材料也具有吸放氢速度较慢、放氢温度较高、表面容易形成一层致密的氧化膜等缺点阻碍了它的实用化进程。

本文以Mg基纳米储氢薄膜为研究对象，通过添加Ni、La、Y元素与表面覆Pd来改善Mg基纳米薄膜的储氢性能，采用磁控溅射法制备出MgxNi100-x/Pd、Mg-La-Pd、Mg-Y-Pd纳米薄膜样品。采用X射线衍射仪对吸放氢前后的样品进行结构分析；采用扫描电子显微镜分析了薄膜样品的表面形貌及样品成分；通过测量样品吸氢过程中的电阻变化来研究样品的吸氢动力学；采用电化学工作站测试样品的电化学储氢性能；并通过紫外测试仪测试了样品吸氢后的紫外透过率。研究结果表明：

（1）采用磁控共溅射方法成功制备了Mg:Ni比例分别为94:6，84:16和48:52的Mg94Ni6/Pd，Mg84Ni16/Pd和Mg48Ni52/Pd纳米薄膜样品，薄膜样品中MgxNi100-x的厚度为100 nm，表面Pd层为10 nm。金属间化合物Mg2Ni和MgNi2相在共溅射制备Mg84Ni16/Pd和Mg48Ni52/Pd薄膜样品的过程中直接原位生成。室温下Mg84Ni16/Pd薄膜样品在0.1 MPa H2中吸氢45s后即达到饱和，与Mg94Ni6/Pd和Mg48Ni52/Pd薄膜样品相比，其吸氢速率最快，展现出最好的吸氢动力学。同时，在循环伏安测试中，Mg84Ni16/Pd具有最大的阳极峰电流密度和最高的电催化活性。在薄膜样品的循环性能测试过程中，Mg94Ni6/Pd和Mg48Ni52/Pd薄膜样品在三个循环内可以完成活化，而Mg84Ni16/Pd薄膜样品在第一个循环即达到活化。Mg84Ni16/Pd薄膜样品在第一个循环的放电容量为482.7 mAh g-1，是三个薄膜样品中放电容量最大的，经过60个循环之后其放电容量为247.4 mAh g-1。Mg84Ni16/Pd薄膜样品优异的储氢性能和放电容量主要是由于薄膜存在着中大量的Mg2Ni相。

（2）采用磁控分层溅射的方法成功制备了La的厚度分别为0.5 nm，2 nm，3 nm，4.5 nm和9 nm的Mg-La-Pd薄膜样品。室温下La 3nm厚的Mg-La-Pd薄膜样品在0.1 MPa H2中吸氢14s后即达到饱和，与其余Mg-La-Pd薄膜样品相比，其吸氢速率最快，展现出最好的吸氢动力学。La 0.5nm厚，La 2nm厚和La 4.5nm厚的Mg-La-Pd薄膜样品也都在30s之内达到了吸氢饱和。La 3nm厚的Mg-La-Pd薄膜样品在0.1 MPa H2下吸氢5小时之后，其透过率高达21.9%。同时，在循环伏安测试中，La 3nm厚的Mg-La-Pd薄膜样品具有最大的阳极峰电流值和最高的电催化活性。在薄膜样品的循环性能测试过程中，La 3nm厚的Mg-La-Pd薄膜样品具有最大的放电容量，为377.8 mAh g-1。5个Mg-La-Pd薄膜样品经过100个循环之后，其放电容量基本没有明显下降。

（3）采用分层磁控溅射方法成功制备了Y层厚度分别为2，3和4.5 nm的Mg-Y-Pd薄膜样品。室温下Mg-Y-Pd薄膜样品在0.1 MPa H2中，50秒内可以基本接近吸氢饱和。Y 3nm厚度的Mg-Y-Pd薄膜样品吸氢速率最快，展现出最好的吸氢动力学。Y 3nm厚的Mg-Y-Pd薄膜样品在0.1 MPa H2下吸氢5小时之后，其吸氢后样品紫外透过率高达15.9%。同时，在循环伏安测试中，Y 3nm厚的Mg-Y-Pd薄膜样品具有最大的阳极峰电流值和最高的电催化活性。在薄膜样品的循环性能测试过程中，厚度为2，3和4.5 nm的Mg-Y-Pd薄膜样品的最大放电容量分别为172.6，202.1，159.2 mAh g-1。Y 3nm厚的Mg-Y-Pd薄膜样品具有最大的放电容量。3个Mg-Y-Pd薄膜样品经过60个循环之后，其放电容量有所下降。Y 3nm薄膜样品优越的储氢性能和电化学性能是由于薄膜中Y的含量适中，对Mg-Y-Pd薄膜样品起到了良好的催化作用。