新型儲氣方式將有助于下一代清潔能源汽車的發(fā)展

（文章來源：科技報告與資訊）
西北大學領導的一個研究小組設計并合成了具有超高孔隙率和表面積的新材料，用于儲存燃料電池汽車的氫氣和甲烷。這些氣體都是清潔能源，可以替代產生二氧化碳的化石燃料。

新材料是一種金屬-有機框架（MOF），與傳統(tǒng)的吸附材料相比，可以在更安全的壓力和更低的成本下儲存更多的氫氣和甲烷。"我們?yōu)橄乱淮鍧嵞茉雌囬_發(fā)了一種更好的氫氣和甲烷氣體的車載存儲方法，"領導這項研究的西北大學國際納米技術研究所成員Omar K. Farha說。"為了做到這一點，我們利用化學原理設計了具有精確原子排列的多孔材料，從而實現(xiàn)了超高孔隙率。"

吸附劑是一種多孔固體，它可以將液體或氣體分子結合到其表面。由于具有納米級的孔隙，一克樣品的材料（體積為6個M&M）的表面積可覆蓋1.3個足球場。

Farha說，這種新材料也可能是整個氣體存儲行業(yè)的突破，因為許多行業(yè)和應用都需要使用壓縮氣體，如氧氣、氫氣、甲烷等。這項結合實驗和分子模擬的研究于4月17日在《Science》雜志上發(fā)表。這種名為NU-1501的超多孔MOFs，是由有機分子和金屬離子或團塊自組裝形成多維、高結晶、多孔框架的有機分子和金屬離子或團塊構建而成。Farha說，要想描繪出MOF的結構，可以設想一組 "叮當玩具"，其中金屬離子或團簇是圓形或方形的節(jié)點，而有機分子是將這些節(jié)點固定在一起的棒狀物。

目前，以氫氣和甲烷為動力的汽車需要高壓壓縮才能運行。氫氣罐的壓力比汽車輪胎的壓力大300倍。由于氫氣的密度較低，要完成這個壓力，成本很高，而且由于氫氣具有很強的可燃性，因此也會造成不安全。

開發(fā)新的吸附材料，可以在更低的壓力下將氫氣和甲烷氣體儲存在汽車上，可以幫助科學家和工程師實現(xiàn)美國能源部開發(fā)下一代清潔能源汽車的目標。為了實現(xiàn)這些目標，需要優(yōu)化車載燃料箱的尺寸和重量。這項研究中的高孔材料平衡了氫氣和甲烷的體積（尺寸）和重量（質量）輸送能力，使研究人員離實現(xiàn)這些目標又近了一步。

"我們可以在MOFs的孔隙中儲存大量的氫氣和甲烷，并以比目前燃料電池汽車所需的更低的壓力將其輸送到汽車的發(fā)動機中。"Farha說。

西北大學的研究人員構思了他們的MOFs的想法，并與科羅拉多礦業(yè)學院的計算建模人員合作，證實這類材料非常耐人尋味。Farha和他的團隊隨后設計、合成和表征了這些材料。他們還與美國國家標準與技術研究所（NIST）的科學家合作，進行了高壓氣體吸附實驗。
（責任編輯：fqj）