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西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)并合成了具有超高孔隙率和表面積的新材料，用于儲(chǔ)存燃料電池汽車(chē)的氫氣和甲烷。這些氣體都是清潔能源，可以替代產(chǎn)生二氧化碳的化石燃料。

新材料是一種金屬-有機(jī)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(chǔ)存更多的氫氣和甲烷。"我們?yōu)橄乱淮鍧嵞茉雌?chē)開(kāi)發(fā)了一種更好的氫氣和甲烷氣體的車(chē)載存儲(chǔ)方法，"領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)國(guó)際納米技術(shù)研究所成員Omar K. Farha說(shuō)。"為了做到這一點(diǎn)，我們利用化學(xué)原理設(shè)計(jì)了具有精確原子排列的多孔材料，從而實(shí)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(jié)合到其表面。由于具有納米級(jí)的孔隙，一克樣品的材料（體積為6個(gè)M&M）的表面積可覆蓋1.3個(gè)足球場(chǎng)。

Farha說(shuō)，這種新材料也可能是整個(gè)氣體存儲(chǔ)行業(yè)的突破，因?yàn)樵S多行業(yè)和應(yīng)用都需要使用壓縮氣體，如氧氣、氫氣、甲烷等。這項(xiàng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(jī)分子和金屬離子或團(tuán)塊自組裝形成多維、高結(jié)晶、多孔框架的有機(jī)分子和金屬離子或團(tuán)塊構(gòu)建而成。Farha說(shuō)，要想描繪出MOF的結(jié)構(gòu)，可以設(shè)想一組 "叮當(dāng)玩具"，其中金屬離子或團(tuán)簇是圓形或方形的節(jié)點(diǎn)，而有機(jī)分子是將這些節(jié)點(diǎn)固定在一起的棒狀物。

目前，以氫氣和甲烷為動(dòng)力的汽車(chē)需要高壓壓縮才能運(yùn)行。氫氣罐的壓力比汽車(chē)輪胎的壓力大300倍。由于氫氣的密度較低，要完成這個(gè)壓力，成本很高，而且由于氫氣具有很強(qiáng)的可燃性，因此也會(huì)造成不安全。

開(kāi)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(chǔ)存在汽車(chē)上，可以幫助科學(xué)家和工程師實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源部開(kāi)發(fā)下一代清潔能源汽車(chē)的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要優(yōu)化車(chē)載燃料箱的尺寸和重量。這項(xiàng)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(zhì)量）輸送能力，使研究人員離實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)又近了一步。

"我們可以在MOFs的孔隙中儲(chǔ)存大量的氫氣和甲烷，并以比目前燃料電池汽車(chē)所需的更低的壓力將其輸送到汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。"Farha說(shuō)。

西北大學(xué)的研究人員構(gòu)思了他們的MOFs的想法，并與科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的計(jì)算建模人員合作，證實(shí)這類(lèi)材料非常耐人尋味。Farha和他的團(tuán)隊(duì)隨后設(shè)計(jì)、合成和表征了這些材料。他們還與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的科學(xué)家合作，進(jìn)行了高壓氣體吸附實(shí)驗(yàn)。
（責(zé)任編輯：fqj）