全球能源转型已将氢视为关键的可持续能源载体，因其具有高能量密度和零排放燃烧特性[1,2]。然而，其主要挑战在于氢的安全高效储存——这一瓶颈由氢的低体积密度和易燃性引起[3,4]。固态氢储存提供了一个有吸引力的解决方案，特别是对于轻金属氢储存材料[5,6]，其中MgH2因其高理论氢容量（7.6 wt%）和天然丰富性而脱颖而出[7], [8], [9]。然而，MgH2的实际应用受到其缓慢的动力学和高热稳定性的限制，这需要操作温度超过350°C[10], [11], [12]。克服这些障碍的主要方法包括纳米化[13], [14], [15], [16]、合金化[17], [18], [19]以及添加催化剂[20], [21], [22], [23]。在这些方法中，添加催化剂被广泛认为是最简单、最具成本效益和可扩展的性能提升策略[24]。
近年来，基于Ti的材料已被证明对MgH2的氢储存性能有显著的催化效果[24]。例如，崔等人[25]使用多价Ti基材料（Ti、TiO2和TiCl3）制备了Mg，并提出不同的Ti氧化态在循环过程中作为电子介质促进快速氢转移。周等人[26]报告称，基于Ti的金属间化合物，特别是TiMn2，显著改善了MgH2在室温下的氢吸附动力学。王等人[27]比较了几种催化剂（TiF3、Ti、TiO2和TiN），发现TiF3的效果最强，使MgH2能够在173°C开始释放氢。最近，刘的团队[28,29]分别合成了掺硫和掺氮的Ti3C2用于MgH2的催化。他们的结果表明，均匀分布的Ti物种、掺杂的非金属元素以及这些组分之间的协同作用共同增强了MgH2的氢储存动力学和循环稳定性。这些研究共同强调了基于Ti的添加剂在解决MgH2固有局限性方面的巨大潜力。
在各种基于Ti的催化剂中，TiO2特别具有吸引力，因为它成本低、化学稳定性高且无毒。尽管TiO2对MgH2的催化活性已有充分记录，但大多数现有研究都集中在通过复杂的化学合成途径来提升其性能。例如，张等人[30]使用HF蚀刻控制晶体生长，成功合成了富含高能{001}面的TiO2纳米片，显著提高了MgH2的脱氢动力学。丹等人[31]开发了Ti(30Nb)O2固溶体催化剂，朱等人[32]通过水热方法制备了掺Cr的TiO2，以改善对MgH2的催化效果。其他工作则集中在制备复合催化剂上，如将Ni纳米颗粒沉积在TiO2球上[33]、构建Sc2O3/TiO2双金属氧化物催化剂[34]以及合成TiO2/碳复合材料[35], [36], [37]。尽管这些策略通过创建独特的界面或掺杂诱导的活性位点在提高动力学方面显示出潜力，但它们通常涉及多步骤程序和高生产成本。
与这些复杂的化学方法相比，本研究探索了一种简单的自上而下的物理改性技术：等离子体研磨（PM）。这种创新工艺结合了高能球磨的机械力和等离子体放电的反应环境。等离子体产生高能物种（如离子、自由基），同时修改材料表面、创建缺陷位点并减小颗粒尺寸——所有这些都在一个连续的步骤中完成。与传统球磨相比，等离子体研磨具有显著更高的研磨效率，并且能够在单次操作中处理大批量样品。虽然PM之前已应用于储能材料（如电池电极）[38], [39], [40]的合成，但在现有文献中，其在固态氢储存系统中激活金属氧化物催化剂的潜力尚未得到充分重视。
在这项研究中，我们引入PM作为一种简单且可扩展的物理方法，用于激活商用TiO2作为Mg基氢储存的催化剂。我们证明，这种PM改性的TiO2不仅显著降低了MgH2的脱氢起始温度，而且即使在接近室温的情况下也能实现极快的氢吸收。此外，本研究还探讨了PM引起的TiO2的物理（颗粒尺寸、形态）和化学（相组成、表面电子态）变化与MgH2氢储存性能提升之间的关系。本研究的结果旨在提供一种简便的催化剂合成方法，并推进Mg基氢储存材料的实际应用。
