ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАНОАКТИВИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ Pd-Ti-Mg

В данной работе исследуются структурно-фазовое состояние и микроструктурная организация механически активированных тройных порошков Pd-Ti-Mg как перспективных материалов для твердотельного хранения водорода. Элементарные порошки обрабатывали методом высокоэнергетического планетарного измельчения (Pulverisette 7, 500 об/мин; BPR = 10:1) в атмосфере Ar. Рентгенофазовый анализ (Cu Kα) выявил наличие fcc-Pd (Fm-3m, a = 3.887 Å), α-Ti (hcp, P6₃/mmc, a = 2.950 Å, c = 4.681 Å), метастабильной доли fcc-Ti (Fm-3m, a = 4.060 Å), а также незначительного количества hcp-Mg (P63/mmc, a = 3.209 Å, c = 5.211 Å); при этом на объёмном уровне отчётливые пики интерметаллидов не разрешаются. Лазерная дифракция показала мультимодальное распределение частиц по размерам с параметрами D10≈5 мкм, D50≈20 мкм, D90≈50 мкм (span≈2.25), наличием тонкой суб-5 мкм моды и грубого хвоста в области 300-600 мкм, который отнесён к Mg. Картирование SEM-EDS свидетельствует о мозаичной микроструктуре: изометричные Pd-обогащённые области (~10-60 мкм), пластинчатые Ti-обогащённые фрагменты (~20-80 мкм), локальная колокализация Pd и Ti на межфазных границах (интерпретируемая как предреакционное состояние для образования интерметаллидов Pd-Ti), а также преимущественно межзеренно распределённый дисперсный Mg. Совокупность полученных данных указывает на формирование в результате механической активации большого числа высокоэнергетических межфазных границ и укороченных путей диффузии, что позволяет направленно оптимизировать структурное состояние материала для последующих исследований, связанных с водородом, избегая при этом преждевременного образования объёмных интерметаллидных фаз. Полученные результаты предлагают микроструктурно-ориентированный подход к регулированию ёмкости, кинетики и циклической стабильности за счёт контролируемых параметров измельчения и целенаправленно подобранных температурных режимов, способствующих благоприятным межфазным реакциям Pd↔Ti при одновременном ограничении сегрегации и окисления Mg.

1. Mekonnin A. S. et al. Hydrogen storage technology, and its challenges: a review //Catalysts. – 2025. – Vol. 15. – No. 3. – P. 260. https://doi.org/10.3390/catal15030260

2. Xu Y. et al. Engineering LiBH4-Based Materials for Advanced Hydrogen Storage: A Critical Review of Catalysis, Nanoconfinement, and Composite Design //Molecules. – 2024. – Vol. 29. – No. 23. – P. 5774. https://doi.org/10.3390/molecules29235774

3. Giza K. et al. Hydrogen Materials and Technologies in the Aspect of Utilization in the Polish Energy Sector //Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14. – No. 21. – P. 10024. https://doi.org/10.3390/app142110024

4. Yang X. et al. Hydrogen storage performance of Mg/MgH2 and its improvement measures: research progress and trends //Materials. – 2023. – Vol. 16. – No. 4. – P. 1587. https://doi.org/10.3390/ma16041587

5. Jung, Hwaebong, Sungmee Cho, and Wooyoung Lee. Enhanced hydrogen storage properties of Pd/Ti/Mg/Ti multilayer films using the catalytic effects of Pd //Applied Physics Letters. – 2015. – Vol. 106.19.

6. Dębski A. et al. Mechanical synthesis and calorimetric studies of the enthalpies of formation of chosen Mg-Pd alloys //Molecules. – 2024. – Vol. 29. – No. 23. – P. 5734. https://doi.org/10.3390/molecules29235734

7. Nivedhitha K. S. et al. Enhancing hydrogen storage capacity: MWCNT-infused Mg–Ti alloy synthesized via mechanical alloying //International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Vol. 67. – P. 351–360. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.135

8. Altaf M., Demirci U. B., Haldar A. K. Review of solid-state hydrogen storage: Materials categorisation, recent developments, challenges and industrial perspectives //Energy Reports. – 2025. – Vol. 13. – P. 5746–5772. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2025.05.034

9. Zhang Y. et al. A review on advances, strategies, and future perspectives of solid-state hydrogen storage materials //Sustainable Chemistry for Energy Materials. – 2025. – P. 100014. https://doi.org/10.1016/j.scenem.2025.100014

10. Chen G. et al. Review of Hydrogen Storage in Solid-State Materials //Energies. – 2025. – Vol. 18. – No. 11. – P. 2930. https://doi.org/10.3390/en18112930

11. Kalibek M. R. et al. Solid-state hydrogen storage materials //Discover Nano. – 2024. – Vol. 19. – No. 1. – P. 195. https://doi.org/10.1186/s11671-024-04137-y

12. Xu Y. et al. Magnesium-based hydrogen storage alloys: advances, strategies, and future outlook for clean energy applications //Molecules. – 2024. – Vol. 29. – No. 11. – P. 2525. https://doi.org/10.3390/molecules29112525

13. Guan S. et al. Progress and perspectives on hydrogen storage and release in negative hydrogen medium //Energy & Environmental Science. – 2025. https://doi.org/10.1039/D5EE04149J

14. Alasali F. et al. A review of hydrogen production and storage materials for efficient integrated hydrogen energy systems //Energy Science & Engineering. – 2024. – Vol. 12. – No. 5. – P. 1934–1968. https://doi.org/10.1002/ese3.1723

15. Alkhabet M. M. et al. Palladium (Pd) coated fiber optic hydrogen sensors: A review //Materials Science in Semiconductor Processing. – 2025. – Vol. 188. – P. 109204. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2024.109204

16. Bannenberg L. J. et al. Palladium-PTFE Metal–Polymer Nanocomposite Film Produced by Cosputtering for Hydrogen Sensing Applications //ACS Applied Energy Materials. – 2025. – Vol. 8. – No. 9. – P. 5664–5674. https://doi.org/10.1021/acsaem.4c03202

17. Fovanna T. et al. Preparation, quantification, and reaction of Pd hydrides on Pd/Al2O3 in liquid environment //Acs Catalysis. – 2023. – Vol. 13. – No. 5. – P. 3323-3332. https://doi.org/10.1021/acscatal.2c04791

18. Setayandeh S. S., Webb C. J., Gray E. M. A. Electron and phonon band structures of palladium and palladium hydride: a review //Progress in Solid State Chemistry. – 2020. – Vol. 60. – P. 100285. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2020.100285

19. Camuti L. et al. Phase‐Stable Palladium Hydride Derived from PdCoO2 for Sustainable Hydrogen Evolution Reaction //Advanced Functional Materials. – 2025. – P. e14366. https://doi.org/10.1002/adfm.202514366

20. Liu C. et al. Review on improved hydrogen storage properties of MgH2 by adding new catalyst //Journal of Energy Storage. – 2024. – Vol. 97. – P. 112786. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.112786

21. Jangir M., Jain I. P., Mirabile Gattia D. Effect of Ti-based additives on the hydrogen storage properties of MgH2: a review //Hydrogen. – 2023. – Vol. 4. – No. 3. – P. 523-541. https://doi.org/10.3390/hydrogen4030034

22. Sun Z. et al. Enhancing hydrogen storage properties of MgH2 by transition metals and carbon materials: A brief review //Frontiers in Chemistry. – 2020. – Vol. 8. – P. 552. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00552

23. Xu Y. et al. Ball milling innovations advance Mg-based hydrogen storage materials towards practical applications //Materials. – 2024. – Vol. 17. – No. 11. – P. 2510. https://doi.org/10.3390/ma17112510

24. Lobo N., Klimkowicz A., Takasaki A. Effect of TiO2+ Nb2O5+ TiH2 Catalysts on Hydrogen Storage Properties of Magnesium Hydride //MRS Advances. – 2020. – Vol. 5. – No. 20. – P. 1059–1069. https://doi.org/10.1557/adv.2020.29

25. Wu Z. et al. The Improvement in Hydrogen Storage Performance of MgH2 Enabled by Multilayer Ti3C2 //Micromachines. – 2021. – Vol. 12(10). – P. 1190. https://doi.org/10.3390/mi12101190

26. Yang M. et al. Incorporating in-situ formed Ti3+ and oxygen vacancies to TiO2 via Ni loading for superior hydrogen storage in magnesium hydride //International Journal of Hydrogen Energy. – 2025. – Vol. 169. – P. 151158. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.151158

27. Bu F. et al. Synergistic effect of multivalent Ti, Zr, and oxygen vacancies to significantly enhance the hydrogen sorption properties of MgH2 //Journal of Materials Chemistry A. – 2025. – Vol. 13. – No. 21. – P. 16102–16111. https://doi.org/10.1039/D5TA01302J

28. Luo W. et al. Multivalent Ti/Nb catalysts with oxygen vacancies: Bridging electron transfer pathways to enhance MgH2 hydrogen desorption property //Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – P. 181070. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181070

29. Sun H. et al. Hydrogen storage properties of TiFe-based composite with Ni addition //Heliyon. – 2024. – Vol. 10. – No. 24. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e41022

30. Czujko T., Oleszek E. E., Szot M. New aspects of MgH2 morphological and structural changes during high-energy ball milling //Materials. – 2020. – Vol. 13. – No. 20. – P. 4550. https://doi.org/10.3390/ma13204550

31. Polanski M., Bystrzycki J., Plocinski T. The effect of milling conditions on microstructure and hydrogen absorption/desorption properties of magnesium hydride (MgH2) without and with Cr2O3 nanoparticles //International Journal of Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33. – No. 7. – P. 1859–1867. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.01.043

32. Liu Y., Chabane D., Elkedim O. Intermetallic compounds synthesized by mechanical alloying for solid-state hydrogen storage: a review //Energies. – 2021. – Vol. 14. – P. 5758. https://doi.org/10.3390/en14185758

33. Hwang K. et al. Enhanced initial hydrogenation of TiFe-based hydrogen storage alloys containing C //Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – P. 183716. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.183716