纳米材料不仅具备较小的颗粒尺寸，此外通过不同的制备方法，还可以可控合成出具有特殊形貌的材料，而形貌通常也是影响性能的重要因素。目前主要利用水热法、电弧放电法、火花放电法、球磨法、物理气相沉积、熔融纺丝等方法制备具有不同形貌的纳米储氢材料。

例如，采用化学气相沉积法，在不同氢气压力下制备高纯度的MgH₂纤维结构。氢气压力是影响MgH₂形貌和产量的重要因素。氢气压力较高时，可生成具有规则形貌的纤维结构，直径范围在100～1000nm，纤维长度为数十微米，随着制备时氢气压力的增加，纤维结构的比表面积也随之增大，材料因此表现出良好的储氢性能，如图8-55和图8-56所示^[286]。

图8-55 制备的纯Mg材料纤维结构的扫描电镜照片（右图为高分辨照片）

图8-56 在不同氢气压力下制备的MgH₂纤维结构的扫描电镜照片

a）3MPa b）4MPa（插图为高分辨照片）

利用掠射角沉积技术，通过物理气相沉积方法制备出具有纳米刀锋结构的Mg材料，如图8-57所示。由于具有特殊的直径较小的刀锋形貌，因此该材料表现出良好的吸放氢性能^[287]。

图8-57 Mg纳米刀锋结构阵列

a）俯视刀锋结构的扫描电镜照片 b）刀锋结构的侧面示意图，标尺均为2μm

利用氢等离子体电弧法制备高纯度并具有特殊形貌的Mg₂FeH₆如图8-58所示^[288]。初始阶段，Mg和Fe颗粒受热蒸发，通入氢气后，Mg吸氢生成MgH₂，同时氢化物颗粒生长并开始破碎，颗粒尺寸减小。由于此时各物种活性较高，Fe在Mg带状结构中形核生长，并最终生成如图8-58所示的形貌。

(www.daowen.com)

图8-58 在673K和4MPa H₂下制备的Mg₂FeH₆的透射电镜照片（图a）和Mg₂FeH₆完全放氢后的透射电镜照片（图b）

Pd可以大量可逆地吸放氢，氢在Pd中的渗透性和溶解性也较为突出。利用水热法首次可控合成出的具有高储氢量的Pd-Cd纳米结构。Cd的添加可影响Pd的形貌，促使其生长出小的树枝状结构，晶格常数增大，晶粒尺寸减小，如图8-59所示。电化学测试结果表明添加10%～15%成本较低的Cd可显著增加Pd的吸氢量，与纳米孔结构的纯Pd相比，特殊形貌的Pd-Cd储氢性能可提高15倍^[289]。

图8-59 不同掺杂比例的Pd-Cd材料表面的扫描电镜照片（归一化的Pd/Cd原子比）

a）1000 b）98.51.5 c）973 d）955 e）8515 f）8020

制备成纳米泡沫材料可以双倍提高材料的比表面积，从而改善材料的储氢性能，图8-60所示为纳米泡沫Pd材料。泡沫Pd的孔尺寸分布为100～200nm，颗粒直径范围是10～20nm，BET比表面积为3900m²/g。由于具备特殊的形貌，与体相材料相比，泡沫Pd表现出优秀的吸放氢动力学性能。尽管由于燃烧过程中制备的Pd纯度较低，而导致储氢含量略有下降，但是材料依然表现出良好的循环性能^[290]。

图8-60 纳米泡沫Pd材料吸氢前的扫描电镜照片SEM（图a）和商业化的Pd材料与纳米泡沫Pd材料的吸氢性能比较（图b）

利用高温等离子电弧法制备Li₂NH空心球，由于材料合成过程中的kirkendall效应导致该材料具备特殊形貌。空心球的直径在100～200nm范围内，球壳厚度为20nm，BET测试的比表面积为79m²/g，如图8-61所示。由于空心球结构使得材料颗粒尺寸减小，比表面积增加，扩散路程减短，因此在较低温度下Li₂NH表现出优秀的储氢性能。

图8-61 制备的Li₂NH空心球的透射电镜照片（插图为放大图片）（图a）和Li₂NH空心球在573K真空下退火1 h后的透射电镜照片（图b）

通过制备特殊形貌的纳米储氢材料可以有效克服反应能垒，显著改善热动力学性能。但是，在吸放氢循环过程中，材料的形貌很难保持，因此储氢性能随之衰减。如何增强形貌和结构的稳定性仍然需要不断探索，利用纳米技术制备高反应活性、特殊形貌的高效储氢材料，以应用于车载燃料电池领域。