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新的纳米镜孔隙储气，用于下一代清洁能源车辆

时间：2022-04-05 18:25:09 来源：

用于清洁储能的高度多孔可编程海绵。

由西北大学领导的研究小组设计和合成了具有超高孔隙度和表面积的新材料，用于储存氢气和燃料电池供电车辆的氢气和甲烷。这些气体是有吸引力的清洁能源替代二氧化碳的化石燃料。

设计者材料，一种金属有机框架（MOF），可以比常规吸附材料更具更安全的压力，并且成本低得多。

“我们为下一代清洁能源车辆开发了更好的汽油和甲烷气体的船上存储方法，”索马尔K. Farha，他们领导了研究。“要这样做，我们使用化学原理来设计具有精确原子布置的多孔材料，从而实现超高孔隙率。

吸附剂的多孔固体将液体或气态分子结合到它们的表面上。由于其纳米镜毛孔，西北材料的单克样品（具有六个M＆MS的体积）具有覆盖1.3足球场的表面积。

Farha说，新材料也可能是储气行业的突破，因为许多行业和应用需要使用氧气，氢气，甲烷等压缩气体，如氧气，氢气，甲烷等。

Farha是威斯伯格艺术和科学学院化学副教授。他还是西北纳米技术研究所的成员。

本研究，结合实验和分子模拟，于今天（4月17日）发表于COSSCOLESS。

Farha是领导和通讯作者。陈志杰·陈·索哈集团的博士道，是联合第一作者。Penghao Li是一个博士弗雷泽斯特达特州的博士后研究员，在西北部化学学教授的董事会中，也是一个联合第一作者。Stoddart是纸上的作家。

名为Nu-1501的超占领MOF，由自组装以形成多维，高晶体，多孔框架的有机分子和金属离子或簇构建。为了想象一个MOF的结构，Farha表示，设想一组Tinkertoys，其中金属离子或簇是圆形或方形节点，有机分子是将节点保持在一起的棒。

氢气和甲烷动力车辆目前需要高压压缩以运行。氢气罐的压力比汽车轮胎的压力大300倍。由于氢的低密度，实现这种压力是昂贵的，并且它也可能不安全，因为气体是高度易燃的。

开发能够在更低的压力下储存氢气和甲烷气体车辆的新吸附材料可以帮助科学家和工程师到达美国的能源目标，以开发下一代清洁能源汽车。

为了满足这些目标，船上燃料箱的尺寸和重量都需要优化。本研究中的高度多孔材料平衡了氢气和甲烷的体积（尺寸）和重量（质量）可输送能力，使研究人员更接近获得这些目标。

Farha说：“我们可以将大量的氢气和甲烷储存在MOF的孔内，并将它们送到车辆的发动机，而不是当前燃料电池车辆的较低压力。”

西北研究人员构思了他们的MOFS的想法，并与科罗拉多省矿山学院的计算建模合作，确认这类材料非常有趣。Farha和他的团队随后设计，合成和表征了材料。他们还与国家标准和技术研究所（NIST）的科学家合作，进行高压气体吸附实验。

参考：“平衡体积和重量的吸收在高度多孔材料中进行清洁能源”，Zhijie Chen，Penghao Li，Ryther Anderson，兴杰王，轩张，李罗米米森，路易斯R. Redfern，Shinya Moribe，Timur Islamoglu，DiegoA.Gómez-Gualdrón ，Taner Yildirim，J. Fraser Stoddart和Omar K. Farha，4月17日4月17日，Science.Doi：
10.1126 / science.aaz8881.

该研究得到了美国能源能源效率和可再生能源办公室的支持（奖项No.De-EE0008816）。

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