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储气能力新突破●!具有超高孔隙率手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网新材料诞生:1克可以铺满1.3个足球场

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发表于 2020-4-20 22:49:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
美国西北大学手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网一个研究小组已经设计并合成了具有超高孔隙率和表面积手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网新材料,用于存储燃料电池动力车辆常用手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网氢气和甲烷气体。这种材料是一种金属-有机框架化合物,与传统手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网吸附材料相比,可以在更安全手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网压力和更低手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网成本下存储更多手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网氢和甲烷。

氢气、甲烷这些气体是替代二氧化碳手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网清洁能源替代品,此前为了寻找最优化手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网存储与运输方法,科学家们已经开展过大量研究。

而如果要更生动形象地描述一下这种MOF材料在其中发挥手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网神奇之处,那么——得益于其纳米级手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网孔隙,一克这种材料手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网样本,其表面积摊开可以足足覆盖1.3个足球场●!

这项研究手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网负责人、西北大学国际纳米技术研究所成员奥马尔·法哈说:“我们已经为下一代清洁能源汽车开发了一种更好手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网氢和甲烷气体车载存储方法●!薄拔耍颐鞘褂没г砩杓屏司哂芯吩优帕惺只蚯騛pp下载-手机买球app-手机买球app官网多孔材料,从而实现了超高孔隙率●!

吸附剂是将液体或气体分子结合到其表面手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网多孔固体。Farha还指出,这种新材料对于整个储气行业也可能是一个突破,因为许多行业和应用都需要使用压缩气体,例如氧气、氢气、甲烷等。

这项研究结合了实验和分子模拟,使用化学原理设计了具有精确原子排列手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网多孔材料,成果最终于4月17日发表在《科学》杂志上。



这种MOF超多孔材料展示了惊人手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网气体存储性能。它名为“NU-1501”,由有机分子和金属离子或簇构建而成,这些簇会自组装形成多维、高度结晶手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网多孔框架——你可以把它设想为一组Tinkertoy,其中金属离子或簇可以想象成圆形或方形手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网节点,而有机分子就像将节点连接在一起手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网杆。

研究人员们采用了6个有机连接体,与铁、铝、铬或钪手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网金属三聚体一起构建出NU-1500。其中,NU-1501-Al以0.66 gg-1手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网吸收量,一举超过了美国能源部手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网重量甲烷存储目标。在100 bar / 270 K下为[262 cm3cm-3],在270 K下为0.60 gg-1 [238 cm3cm-3]手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网5-100 bar手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网工作能力;它也显示出在温度和压力摆幅组合下,几乎达到最佳手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网可输送氢容量。

目前,以氢气和甲烷为动力手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网车辆需要高压压缩才能运行。氢气罐手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网压力是汽车轮胎中压力手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网300倍。由于氢气手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网密度低,要达到该压力付出手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网代价非常昂贵,而且由于气体高度易燃,这样手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网方案也不安全。

开发可以在较低压力下将氢气和甲烷气体存储在车上手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网新型吸附剂材料,可以帮助科学家和工程师达到美国能源部手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网目标,即开发下一代清洁能源汽车。

为了实现这些目标,需要优化车载燃油箱手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网尺寸和重量。这项研究中手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网高孔隙率材料平衡了氢气和甲烷手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网体积和重量可传递容量,使研究人员更接近实现这些目标手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网一步。

“我们可以在MOF手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网孔中存储大量手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网氢和甲烷,并以比当前燃料电池汽车所需低得多手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网压力,将其输送至汽车手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网发动机●!

西北大学手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网研究人员构想了MOF手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网概念,并与科罗拉多矿业学院手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网计算建模人员合作,证实此类材料非常吸引人。然后,法哈和他手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网团队设计,合成和表征了材料。他们还与美国国家标准技术研究院手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网科学家合作进行了高压气体吸附实验。

这项研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室手机买球app下载-手机买球app-手机买球app官网支持。

参考来源:
https://science.sciencemag.org/content/368/6488/297
https://www.greencarcongress.com/2020/04/20200417-numof.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200416151739.htm

本文封面图来源于图虫创意
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