稀土百科 │ 储氢合金的吸氢反应机理和中氢的位置

氢分子与合金接触时首先吸附于合金表面上，氢分子在合金催化作用下H-H键解离，成为原子状的氢（H），氢原子从合金表面向内部扩散，侵入比氢原子半径大得多的金属原子间隙中形成固溶体。固溶体已经被氢饱和，过剩氢原子与固溶体反应生成氢化物，产生溶解热。

一般来说，氢与金属或合金的反应是个多相反应过程。这个多相反应主要由下列基础反应组成的：①H2传质；②化学吸附氢的解离；③表面迁移；④吸附的氢转化为吸收氢；⑤氢在α相的稀固态溶液中扩散；⑥a相转变为β相；⑦氢在氢化物（β相）中扩散。因此，计算氢在合金体中扩散系数的大小有助于掌握金属中氢的吸收／解吸国中动力学参数。

由于金属或金属间化合物的晶格中有很多间隙，可以吸收大量的氢。金属形成氢化物后，氢化物的金属晶格结构或者和金属相具有相同结构，或者变为与金属相完全不同的另一种结构，前者称为溶解间隙型，后者称为结构变异型，通常金属氢化物为溶解间隙型。储氢合金中间隙的大小、种类及周围配位的化学元素对合金中间隙的储氢均有很大的影响。

在金属晶格中常见的间隙主要有四面体间隙与八面体间隙。可通过中子衍射或离子沟流实验来探索氢的位置与金属原子半径间的关系从而确定氢的占位。

关于氢原子进入哪些间隙，根据研究应遵循以下经验规则：①氢原子占据的间隙应有氢稳定性元素，而且氢原子优先占据最大程度被氢稳定性元素所包围的间隙；②由于氢原子之间的排斥力作用，同时被氢原子占据的两间隙之间的距离应大于2Å（即满足2Å法则）；③遵循填充不相容规则，即两个共面的四面体或和八面体间隙不能同时被氢原子占据；④M-H原子间隙的半径应大于0.40Å；⑤金属原子间的距离，当大于相应金属的半径之和则更容易储氢。

金属或合金中的氢主要以原子形式存在，部分带有负电荷。氢进入晶格间隙位置后，常伴随有晶格的膨胀，储氢后晶格体积膨胀率（ΔV/V％）与氢浓度成正比，其比例系数因合金种类与结构而有所差异。