美国西北大学开发超多孔金属有机框架 可成为清洁能源载体

（图片来源：northwestern官网）

新能源汽车讯 据外媒报道，新型铝基金属有机框架材料，可在相对较低的压力下大量储存氢气和甲烷。据美国西北大学（Northwestern University）的有关研究人员介绍，在燃料电池车辆中，这种材料可用于携带清洁能源。

2017年，交通工具取代发电厂，成为美国最大的温室气体排放源，比如汽车、卡车、飞机、火车和船只。2018年，运输业排放比例进一步上升，预计这一趋势还将持续下去，因此，寻找交通友好型替代能源具有重要意义。

甲烷和氢气一直被视为柴油和汽油的潜在替代品。甲烷在燃烧时仍会释放二氧化碳（尽管比汽油少），因此被认为是一种“过渡”燃料；而氢则被誉为“未来燃料”，因为它在燃烧时既不会产生二氧化碳，也不会产生颗粒污染。问题在于，氢和甲烷在常温下都是气体，在运输和储存时需要压缩至高压状态（分别为700bar和250bar）。对驾驶员和其他有关人员来说，压力过高容易造成危险，因此汽车的最大存储压力被限定为100bar，这使给定空间中可存储的气体量大大减少。

在不增加压力的情况下存储更多气体

近年来，研究人员着手研究高表面积多孔吸附剂材料，旨在不增加压力的情况下，增加给定体积中可储存的气体量。金属有机框架（MOF）的表面积为2000m2/g及以上，被认为是很有前途的候选者。这些高度结晶的材料，由有机分子、金属离子或自组装成多维结构的簇状物组成，具有可定制孔隙化学性质和形状，便于设计。

西北大学Omar Farha领导的研究小组，利用分子模拟技术，设计了一种基于NU-1501-M三核簇（其中M代表铝或铁）的超多孔金属有机框架。研究人员发现，NU-1501-Al具有优异的存储性能，可以存储高质量和体积的氢气和甲烷。研究证明，在100bar和270K的情况下，每克这种材料能够储存0.66g甲烷，高于美国能源部为下一代清洁能源汽车设定的0.5 g/g目标。这种材料还具有较高的可交付储氢能力，按重量计算为14%，这意味着它可以储存相当于自身质量14%的氢，已超过能源部2020年4.5%的目标。

通过纳米级微孔提供较高的气体吸附表面积

此类材料的微孔直径小于2.5nm，提供了非常大的表面积，足以吸附气体。Farha指出，每克材料样品的体积相当于6颗M&M糖果，其表面积相当于1.3个美国足球场。

Farha说，该团队研发的金属有机框架具有超大表面积，可以在气孔中储存大量的氢气和甲烷。而且，比起目前燃料电池汽车的要求，这种材料可以更低压力下，向汽车发动机输送气体。