金屬有機(jī)框架材料引人矚目的儲氣性能

一種新型固體吸附劑可以為廉價(jià)和安全存儲氫和甲烷鋪平道路，使氣體能源作為傳統(tǒng)液體運(yùn)輸燃料更為環(huán)境友好的替代品。該材料具有研究人員一直尋找的氣體吸附劑的許多特性。

用清潔燃燒的氫氣（為零排放燃料電池汽車提供動(dòng)力）或甲烷（產(chǎn)生相對較低的碳排放）替代汽油和柴油燃料，可以大大減少二氧化碳的排放量。阻礙此類低碳排放車輛推廣的原因在于，無法獲取低成本的車載燃料系統(tǒng)，即在中等壓力下可以存儲足夠的燃料，以實(shí)現(xiàn)一次加注能行駛理想的距離。含金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（MOF）的氣體吸附材料，因包含海綿狀物質(zhì)，使用普通燃油箱在低壓下就可以吸納更多的氣體。MOF是一大類多孔晶狀固體，金屬離子或簇合物通過有機(jī)連接構(gòu)成。通過定制分子結(jié)構(gòu)模塊，控制內(nèi)部孔徑和其他特征，研究人員已經(jīng)制造出具有極大內(nèi)部表面積的MOFs。

西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過各種計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合，評估了成千上萬的MOF，以探索其氣體儲存性能、材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，如內(nèi)部空間（孔直徑）等屬性與載體－客體相互作用強(qiáng)度之間的關(guān)系。

該研究發(fā)現(xiàn)了NU-1501-Al 材料，其是由三核鋁中心和類似三萜的有機(jī)配體組成（研究人員還研制了鐵類似物）。新的MOF展現(xiàn)了卓越的表面積值和可逆或可傳遞的氣體吸收值，雖單獨(dú)性能并未創(chuàng)出新記錄，但這些特性在一種材料中集中體現(xiàn)卻是前所未有的。鋁基MOF 的表面積為7 310 m2/克和2 060 m2/cm3。每克MOF能吸收甲烷0.66克，超過了能源部的重量目標(biāo)值（0.5克/克），幾乎達(dá)到了能源部的體積目標(biāo)263 cm3/cm3。這種新材料在以重量和體積計(jì)量上均表現(xiàn)出可釋放氫氣的最高容量，分別約為14%（w）和46克/升。