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[交流] 朗缪尔》：新型材料储氢比固态氢更紧密

《朗缪尔》：新型材料储氢比固态氢更紧密
“这绝对是首次在无需加压的条件下实现这一结果”

图片说明：MOF-74结构中存储着管状的重氢分子。灰色代表碳原子，蓝色代表锌离子，绿色代表重氢（氘）分子。（图片来源：NIST）

一种材料在自然情况下存储的氢会比固态氢还密实吗？美国科学家的一项最新研究，证实了这种储氢材料确实存在，它具有很大的实际应用潜力。相关论文发表在美国化学学会出版的《朗缪尔》（Langmuir）杂志上。

将氢能利用在汽车上要解决的最关键问题就是设计燃料箱，更直白一点，就是氢能的存储。解决这一问题主要有两种手段——高压存储气态氢或者低温存储液氢。不过，这两种方法目前都不是十分理想。

在最新的研究中，美国国家标准化与技术研究所（NIST）、马里兰大学以及加州理工学院的科学家一道，研究了金属－有机配位子结构材料（MOFs）。与其他一些材料需要110至500摄氏度的高温才能释放出氢相比，MOFs属于少数几类能在较低限制条件下结合和释放氢的材料。

研究人员特别关注了MOF-74——由加州大学洛杉矶分校开发出的一种多孔晶体粉末。MOF-74的微观结构很像由碳原子和内壁的锌离子等紧密结合成的“麦秆”。一克的MOF-74表面积相当于两个篮球场。

利用中子散射和气体吸附技术，研究人员确定出在77K（-196摄氏度，液氮温度）时，MOF-74可以比迄今为止任何不加压结构材料吸附更多的氢（表面组装密度更大），而这些氢分子比冰冻成块的氢更加紧密。

NIST中子研究中心（NCNR）的Craig Brown表示，尽管他的小组尚未精确理解这种氢结合方式的奥秘，但他们认为锌中心应该有一些奇妙的特性。Brown说，“这绝对是首次在无需加压的条件下实现这一结果。”

尽管让MOF-74达到液氮温度也不容易，但这总比固氢温度的4K（-269摄氏度）以下要好实现得多。最新研究的一个目的也是要在更经济的温度下实现更实用化的能量密度，如果其它一些影响因素能够得到解决，无疑将为氢能的广泛应用开辟光明的前景。此外，对金属和氢相互作用物理学机制的全面理解，也将有助于科学家开发出新方法，来消除燃料经济中十分昂贵的制冷和隔绝处理。（科学网任霄鹏/编译）

（《朗缪尔》（Langmuir），10.1021/la703864a，Yun Liu, Houria Kabbour, Craig M. Brown, Dan A. Neumann, and Channing C. Ahn）

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