A deeper understanding of solute-induced phase transformation is important for host-metal hydride systems, in which structural changes alter the thermodynamics and the kinetics behaviors governing hydrogen storage properties. Although a lot of research has shown distinct hydride phase transformation associated with interactions between host materials and metal hydrides, an extrinsic structural effect of host matrix on the metal lattice has not been identified, hindering practical applications of other metal hydride systems. Future design of a host-metal hydride systems, therefore, significantly relies on establishing the nature of structure-property relationships. Here, we prepared palladium (Pd) nanoparticles encapsulated by reduced graphene oxide (rGO) sheets (rGO-Pd) and elucidated that the compressive stress driven by rGO sheets during phase transformation causes elasto-plastic contributions, opening a hysteresis gap. Moreover, the constrained rGO-Pd system showed significantly increased desorption enthalpy and entropy, indicating mechanochemical changes compared to the simple phase transformation of single nanoparticles. $\textit{Ab initio}$ computations show that under hydrostatic compression above 1 % the vibrational entropy of Pd and $PdH_{x}$ decreased at different rate, inducing an increased reaction entropy. Our detailed study demonstrates that rGO encapsulation presents significant constraints to the inner nanoparticles, which provide the possibility to tune hydrogen storage properties of various confined metal hydride systems.
호스트-금속수소화물 시스템에서는 그 구조적인 변화가 수소 저장 특성을 결정하는 열역학적, 동역학적 요인을 변화시키기 때문에 시스템의 용질-유도 상변화에 대한 이해가 중요하다. 지금까지 호스트 물질과 금속수소화물 간의 상호작용과 상변화에 대한 많은 연구가 보고되었으나, 호스트 물질의 구조적인 효과가 결정에 미치는 영향은 명확히 밝혀지지 않아 실제적 응용에 한계가 있었다. 따라서 본 시스템의 미래 설계를 위해서는 먼저 구조적인 효과와 수소 저장 특성의 관계를 밝혀야한다. 본 연구에서는 팔라듐 나노 입자가 환원된 그래핀으로 감싸진 복합체를 합성하였으며, 그래핀의 압축 응력이 팔라듐의 상변화동안 탄성-소성 변형을 가하여 히스테리시스를 증가시킴을 확인하였다. 압축 응력을 받고 있는 복합체는 상당히 증가한 수소 방출 엔탈피와 엔트로피를 보여주는데, 이는 기존의 팔라듐 나노 입자와 다른 기계화학적 변화의 영향을 제시한다. 이 변화는 제 1원리 계산을 통해 1 % 이상의 압축 응력을 받고 있을 때, 팔라듐과 수소화팔라듐의 진동 엔트로피의 감소차이로 설명할 수 있었다. 본 연구는 환원된 그래핀이 나노 입자에 상당히 큰 압축 응력을 가할 수 있으며, 이를 통해 제어한 수소 저장 특성을 다양한 호스트-금속수소화물 시스템에 적용할 수 있는 가능성을 제시한다.
