由美国西北大学（Northwestern University）领导的研究团队开发设计并合成一种新型材料，具超高孔隙率和表面积，适合燃料电池汽车储存氢气和甲烷之用。这些气体是极具吸引力的洁净能源，可替代会产生二氧化碳的石化燃料。
与传统的吸附材料（Adsorbents）相比，这种设计材料是一种金属有机骨架（Metal-Organic Framework，MOF）材料，能以更安全的压力和更低的成本储存更多的氢气和甲烷。“我们已为下一代洁净能源汽车开发了更好的氢气和甲烷气体车载储存方法，”这项研究的负责人 Omar K. Farha 表示：“为此，我们透过化学原理设计了具有精确原子排列的多孔材料，进而实现了超高孔隙率。”
新型材料具备超高孔隙率，6 颗 M&M 巧克力大小的材料可覆盖 1.3 座足球场
吸附材料是将液体或气体分子吸附在表面的多孔固体。拜奈米级孔隙之赐，1 克西北大学材料样品（体积约为 6 颗 M&M 巧克力豆）的表面积足以覆盖 1.3 座足球场。
Farha 表示，这种新材料对于整个天然气储存产业也可能是一大突破，因为许多产业及应用都需要用到压缩气体，例如氧气、氢气、甲烷等气体。Farha 是美国西大北学温伯格文理学院（Weinberg College of Arts and Sciences）化学副教授。他也是西北大学国际奈米科技研究院的成员。这项结合实验和分子模拟的研究在 4 月 17 日发表在《科学》期刊。
这种名为 NU-1501 的超多孔 MOF 材料由有机分子和金属离子或团簇构建而成，其会自我组装形成多维、高结晶度及多孔的骨架。Farha 指出，为了描绘 MOF 的结构，可以将其设想成一组 Tinkertoy 机械积木，其中金属离子或团簇是圆形或方形节点，而有机分子则是将节点连接在一起的连杆。
兼顾车载燃油箱尺寸和重量的最佳化，实现氢气和甲烷大量储存与低压输送目标
目前，以氢气和甲烷为动力的汽车需要借助高压压缩机制才能运行。氢气罐的压力要比汽车轮胎压力大 300 倍。由于氢气密度低，所以要达到这样压力的成本极高，且由于气体高度易燃，所以也不安全。所以开发可在更低压力下将氢气和甲烷气体储存在车上的新型吸附材料，可帮助科学家和工程师达到美国能源部（Department of Energy，DOE）开发次世代洁净能源汽车的目标。
为了实现这些目标，那么车载燃油箱的尺寸和重量都需要最佳化。在这项研究中，多孔隙率材料平衡了氢气和甲烷的体积（尺寸）和重量（质量），这使研究人员得以更进一步达成目标。“我们可在 MOF 的孔隙储存大量氢气和甲烷，并以比当前燃料电池汽车所需压力更低的压力输送至汽车的发动机。”Farha 表示。
西北大学研究人员构想出 MOF 概念，并与科罗拉多矿业学院（Colorado School of Mines）运算建模人员合作，证实这类材料极具吸引力。接着，Farha 和团队设计与合成这些材料的特性。他们还与美国国家标准技术研究院（NIST）的科学家合作进行了高压气体吸附实验。
- Gas storage method could help next-generation clean energy vehicles
（首图来源：西北大学）
