西北大学合成超高孔隙率材料

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外媒报道，美国西北大学（Northwestern University）的一个研究小组设计并合成了一种新材料，此种材料孔隙率超高、表面积也超大，可用于燃料电池车存储氢和甲烷。此类气体都是清洁能源，可以代替会产生二氧化碳的化石燃料。


该材料是一种金属-有机框架材料（MOF），与传统的吸附式材料相比，能够在更安全的压力和更低成本的情况下，存储更多的氢和甲烷。


吸附剂是一种多孔固体，可以将液体或气体分子吸附在其表面。由于具备纳米大小的孔，西北大学研发的新材料只需1克（6颗M&M巧克力豆的重量），其表面积就可达到1.3个足球场大。


研究人员表示，此种新材料对于整个气体存储行业而言都是一个突破，因为很多行业和应用都需要使用到压缩气体，如氧气、氢气、甲烷和其他气体。


该款超级多孔的MOF材料名为NU-1501，由有机分子与金属离子或团簇经过自组装，形成多维、高度结晶的多孔框架结构。研究人员表示，为了描绘MOF的结构，可以将其想象为玩具Tinkertoys（万能工匠），其中的金属离子或团簇是圆形或方形的节点，而有机分子是将节点连接在一起的圆棒。


氢动力和甲烷动力汽车目前都需要高压压缩的气体才能运行。氢罐的压力是汽车轮胎压力的300倍。由于氢气的密度低，因此需要很高的成本才能达到此种高压；而且，氢气是一种高度易燃的气体，非常不安全。


研发新型吸附式材料可以在更低的压力下存储汽车所用的氢和甲烷气体，有助于科学家和工程师实现美国能源部研发下一代清洁能源汽车的目标。为了达到上述目标，需要优化燃料罐的尺寸和重量。在此次研究中，新型多孔材料平衡了氢气和甲烷的体积（尺寸）和重量（质量），让研究人员离实现目标又近了一步。