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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

时间:2020-06-26来源:别克新能源 作者:新能源客车点击:
(照片:西北官方网站) 据国外媒体报道,这种新型铝基金属有机骨架材料可以在相对较低的压力下储存大量的氢气和甲烷。据西北大学的研究人员称,这种材料可以用来在燃料电池汽车中携带清洁能源。 2017年,交通工具将取代发电厂,成为美国最大的温室气体排放源

(照片:西北官方网站)

据国外媒体报道,这种新型铝基金属有机骨架材料可以在相对较低的压力下储存大量的氢气和甲烷。据西北大学的研究人员称,这种材料可以用来在燃料电池汽车中携带清洁能源。

2017年,交通工具将取代发电厂,成为美国最大的温室气体排放源,如汽车、卡车、飞机、火车和轮船。2018年,交通排放的比例将进一步增加,预计这一趋势将持续下去。因此,寻找交通友好的替代能源具有重要意义。

甲烷和氢气一直被认为是柴油和汽油的潜在替代品。甲烷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;尽管氢被称为“未来的燃料”,因为它燃烧时不会产生二氧化碳或微粒污染。问题是氢气和甲烷在常温下都是气体,在运输和储存过程中需要被压缩到高压(分为700巴和250巴)。对于司机和其他相关人员来说,高压很容易造成危险,因为汽车的最大储存压力被限制在100巴,这大大减少了在给定空间内可以储存的气体量。

在不增加压力的情况下储存更多气体

近年来,研究人员已经开始研究具有高表皮相的多孔吸附材料,目的是在不增加压力的情况下增加在给定体积中可储存的气体量。金属有机框架(MOF)的外部面积为2000m2/g及以上,被认为是一种有前途的候选材料。这些高度结晶的材料由有机分子、金属离子或具有多维布局的自组装簇组成,具有可定制的孔化学性质和形状,并且便于设计。

西北大学的奥马尔法哈领导的研究小组设计了一个基于NU-1501-M三核团簇(其中M代表铝或铁)的超级多孔金属有机框架。研究人员发现,NU-1501-Al具有优异的储存功能,可以储存高质量和高容量的氢气和甲烷。研究证实,在100巴和270千巴的条件下,这种材料每克可储存0.66克甲烷,高于美国能源部为下一代清洁能源车辆制定的0.5克/克政策。这种材料还具有高的可输送储氢容量,按重量计为14%,这意味着它可以储存相当于其自身质量的14%的氢,这高于2020年能源部4.5%的政策。

通过纳米微孔提供更高的气体吸附外部面积

这种材料的微孔直径小于2.5纳米,这提供了非常大的皮相产物,足以吸附气体。法哈指出,每克材料样品的体积相当于6毫米糖果,相当于1.3个美式橄榄球场。

法哈说,该小组开发的金属有机框架有很大的表面积,可以在气体和新能源网站的孔洞中储存大量的氢气和甲烷。此外,与燃料电池车辆的当前要求相比,这种材料可以在较低的压力下将气体输送到车辆移动器。

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