【文章概述】

如何在单位体积中储存足够多的氢燃料，是实现氢能经济的重要挑战之一。目前，提高氢能量密度的途径可分为基于物理方法的途径（如低温压缩氢气存储）和基于材料的途径（如化学储氢材料，金属氢化物，吸附材料等）。其中通过吸附将氢储存在MOFs类材料中由于其充放速度快，灵活可逆，存贮量大的优点很有前景。然而，MOFs材料的储氢体积密度通常不高，并且会被如MOF结构，H₂与MOF材料相互作用方式，MOF材料的组装方式等多种因素影响。由于MOF晶体无法有效充填，与单晶的理论最大储氢能力相比，填充后的MOFs材料容积储氢性能可降低60%以上，因而严重影响了其实际应用。

【成果简介】

美国密歇根大学的研究团队提出通过设计晶体形态，控制晶体尺寸和分布，可显著提高MOFs材料的填充效率和容积贮氢性能。该策略的关键在于使用了具有两种不同尺寸的晶体，其八面体结构的晶体可以有效充填，并且在压缩的过程中减少结构破坏，制备的吸附剂具有高比表面积和高密度，此项研究为开发高储氢性能的MOFs材料提供了新的思路，该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1（a）4种不同尺寸的晶体，以及商业市售MOF-5的SEM图像。

（b）4种晶体的尺寸分布直方图，内嵌图为商业市售MOF-5的尺寸。

（c-e）4种晶体及商业市售MOF-5的平均尺寸，PXRD图和N2吸附等温线。

图2（a）不同晶体形态的MOF-5显微镜图像；

（b-e）不同形态MOF-5的晶体尺寸分布直方图，平均尺寸，PXRD图和N2吸附等温线。

图3三种不同形态MOF-5的晶体生长机制。

立方体（a）形态MOF-5由晶体沿{100}面方向以较慢速度生长；

在MOF-5晶体生长过程中加入m-terephenyl-4,4′-dicarboxylate（图中绿色化合物）使其部分或全部沿着{111}面方向生长分别得到十四面体（b）和八面体（c）结构晶体。

图4 不同晶体尺寸的立方体结构MOF-5以及非立方体晶体形态的MOF-5的填充密度分析。

图5 x轴为MOF-5填充密度与单晶密度（0.594 g/cm³）的比值，y轴为不同填充密度的MOF-5填充后氢气吸附量与填充前氢气吸附量的比值

图6 77K，100bar条件下贮存5.6 kg氢气所需的体积，biomodal 7：1 mixture为MOF-5(2349):MOF-5(808)

【奇材馆点评】

     本研究通过晶体形态工程学制得了非立方体的MOF晶体，通过将两种不同尺寸的晶体进行填充，得到的吸附剂具有高比表面积和填充密度，在以75%单晶密度压缩填充后，依然保留90%以上的容积储氢性能。目前立方体MOF晶体在许多领域如电池，碳捕捉，分离，和气体燃料存储领域具有应用前景，而本研究提出的策略可以大大提高MOFs材料的性能从而提高其应用潜力。

【论文信息】

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