氢化镁（MgH₂）作为一种资源丰富且具有高储氢容量的固态储氢材料，被认为是未来储氢材料最佳候选之一。但镁基储氢材料体系发现至今已有50余年，其材料性能依然不能满足美国能源部(US-DOE)所设定的使用目标。所以亟需开发新型的固态储氢材料，而这不仅需要对固态氢化物的脱氢机理有全面的了解，更需要准确的预测方法对材料进行快速筛选。过渡态搜索和动力学计算对于理解和设计高性能固态储氢材料至关重要，填补了当前实验技术无法测量的空白。然而，这些分析方法在计算中是十分昂贵且耗时的。迫切需要寻找能够快速并准确预测脱氢能垒的描述符，加快对储氢材料动力学性能的预测。

近日，华北电力大学杨维结教授同日本东北大学李昊教授合作，以Mg-H键强（-ICOHP）为引线，结合氢原子间距与邻域化学环境，构建了一种数据驱动的用以描述和预测固态储氢材料MgH₂脱氢动力学性能的描述符模型。

研究发现，参与反应的H原子所构成的两个最强Mg-H键成为决定脱氢能垒主要因素之一。此外，在描述符搜索过程中，使用了反应区域内H空位的数量以及电负性环境构建了H空位和电负性对脱氢能垒的影响系数，用以快速描述反应区域的化学环境。这不仅提高了描述符的准确性，而且进一步揭示了表面H空位及电负性影响能垒的机制和规律。不仅如此，借由原子碰撞理论与宏观中的胡克定律启发，为模型加入H原子反应位移以加强模型对于脱氢反应的描述能力。

文章使用密度泛函理论（DFT）计算得到的25组脱氢数据对描述符模型进行构建，其中包含不同氢空位、不同掺杂金属以及不同参与反应H原子的过渡态搜索数据。并使用三组样本外数据对描述符模型进行测试，描述符预测误差分别仅为0.04、0.11和0.09 eV。此外，值得注意的是基于描述符的预测不仅与DFT的结果精确匹配，与金属掺杂实验中观察到的MgH₂脱氢的温度也表现出惊人的一致性。而进一步通过模型推测，通过某些高电负性4d和5d过渡金属掺杂和表面结构处理工艺，可能会使脱氢温度进一步降低，以符合US-DOE设定的温度标准。

此外，由于模型变量与镁元素的无关性，使该公式能够通过快速重新校准并适用与各种金属氢化物。这项研究将有助于发现新型金属氢化物复合材料并为固态储氢改性提出新的解决方案。