近日，香港科技大学（广州）助理教授齐杰团队与美国西北大学教授David C. Dunand团队合作，开发出铁钨粉末体系，使低成本的铁基热化学储氢材料在反复储放氢中自发形成更多微小孔隙，缓解高温烧结导致的性能衰减，并在公斤级粉末床中验证了稳定循环性能。相关成果发表于《自然-通讯》。

铁基热化学储氢循环。左侧为储氢，右侧为放氢；铁基材料在金属与氧化物状态间转换。研究团队供图

氢气密度低，压缩或液化需额外设备和能量。铁基热化学储氢通过铁与氧化铁之间的氧化还原反应暂存氢能：储氢时氢气与氧化铁反应生成铁和水；放氢时铁与水蒸气反应生成氧化物并释放氢气。但该循环需高温，铁粉反复反应后易烧结成致密团块，减少反应表面、堵塞气体通道。

针对这一科学问题，研究团队将1.50千克氧化物前驱体装入自主搭建的自动化反应装置，在800℃、接近常压下交替通入氢气和水蒸气。30次储放氢循环后，储氢容量平均保持在93±3%；而纯铁对照组容量衰减明显，后期降至约11%。显微观察显示，铁钨粉末仍保留丰富孔隙，纯铁已变致密。

研究发现，铁钨粉末循环中出现与普通烧结相反的“自发泡”现象：微观结构细化、孔隙增多。利用原位X射线衍射连续观察，团队捕捉到短暂出现的金属钨，并提出含钨物质可借助气相迁移、重新沉积并参与后续反应，在颗粒间“搬运”和“重排”物质，留下新的微小孔隙；含钨物相还能在铁颗粒间形成隔离，减少直接接触、黏结和长大。结构细化与颗粒隔离协同，帮助粉末保持疏松。

在150克前驱体规模下，团队分别以约25%、50%和75%容量进行不完全储放氢循环，每种30次，合计90次部分容量循环，并在各阶段后插入完整循环检查。结果显示，材料仍可恢复至约95%-96%的容量利用率，显微结构未见明显烧结。

团队还比较650-800℃下反应表现，发现放氢通常比储氢更快，据此提出可探索较高温度储氢、较低温度放氢，并结合热量回收降低能耗，具体节能效果需完整系统验证。该研究将铁基储氢验证推进至公斤级粉末床，为化工园区、制氢基地等固定场所连接制氢与用氢提供材料基础；走向设备仍需更大规模、更长周期运行验证及反应器传热、气体输送和热量回收等工程优化。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-78337-8