具有裸露金屬中心的多孔金屬－有機骨架儲氫材料

馬志剛，李孝增

（天津大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300072）

在倡導(dǎo)綠色能源的今天，氫能具有清潔和高效的特點，因而受到了格外的關(guān)注，先進的儲氫方法則是實現(xiàn)氫能規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵之一。儲氫材料研究已有較長的時間，但是現(xiàn)有的儲氫材料還不能滿足大規(guī)模應(yīng)用的要求，因此，其研究受到化學(xué)、材料和能源等多個學(xué)科的廣泛關(guān)注[1－15］。新型高性能儲氫材料在氫能規(guī)模應(yīng)用中具有重大技術(shù)需求，能在接近環(huán)境溫度和不太高的壓力條件下以適當(dāng)?shù)乃俣任占搬尫艢涞母呙芏葍洳牧系拈_發(fā)是氫能規(guī)模應(yīng)用的重要研究課題[1－15］。

1 多孔金屬－有機骨架儲氫材料的研究現(xiàn)狀

由于具有易于調(diào)控的孔尺寸、孔形狀和孔壁化學(xué)組成，還能夠?qū)崿F(xiàn)很大的比表面積、高微孔體積和很小的密度，多孔金屬－有機骨架（又稱配位聚合物，簡稱MOFs）成為一類很有前途的儲氫材料，是儲氫材料研究的一個熱點領(lǐng)域[4－17］。作為新型物理吸附儲氫材料，MOFs具有吸附及解吸過程溫度低、速度快、熱效應(yīng)小等特點。實際上，已有 MOFs儲氫材料在低溫下實現(xiàn)高密度儲氫的報道[4，6］。例如，MOF－5 在 77K、180bar時的氫氣總吸附量高達11.9%，體積儲氫密度為79g·L－1，這一數(shù)值超過了20K、1bar下液態(tài)氫氣的密度[4，6］。

然而，已經(jīng)報道的MOFs儲氫材料在接近環(huán)境溫度下的儲氫容量普遍偏低[4，7］，而且與聯(lián)合國能源署及美國能源部的標(biāo)準都相去甚遠。例如，儲氫材料應(yīng)用到運輸車輛上時，需要在接近環(huán)境溫度下工作，美國能源部設(shè)定的輕型車燃料箱用儲氫材料工作溫度為－40～60 ℃[4，6，12］。……