新型大孔氢键有机骨架材料突破能源存储瓶颈
2025-05-14 10:53
来源:美国化学学会杂志
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香港大学与西北大学联合研究团队在《美国化学学会杂志》发表最新成果,成功开发出具有3.6纳米孔径的氢键有机骨架材料RP-H200。该材料由已故诺贝尔奖得主弗雷泽·斯托达特教授团队主导研发,创造了同类材料中最大孔径纪录,为清洁能源储存提供了新方案。(a)共面π结构单元倾向于与相邻分子进行堆叠,芳环两侧均参与,从而在骨架材料中形成无限的π-π堆叠。(b)非共面π结构单元形成离散的π-π二聚体,如虚线框所示,其中芳环只有一侧与相邻分子进行π-π堆叠,而另一侧则暴露在通道表面

研究团队采用独特的非共面组装策略,利用咪唑环化三蝶烯六酸分子构建双壁蜂窝结构。项目负责人张瑞华博士表示:"这种设计使材料同时具备大孔径和高稳定性。"测试数据显示,RP-H200比表面积达2313平方米/克,在350℃高温和有机溶剂中仍保持结构稳定,解决了传统多孔材料稳定性与孔径不可兼得的技术难题。

在能源存储测试中,RP-H200展现出优异性能。270K、100bar条件下甲烷吸附量达0.31克/克,三次循环后容量无衰减。其特有的CH-π相互作用机制使吸附热维持在12kJ/mol,实现了温和条件下的高效储释。该材料在77K时氢气吸附量可达自身重量的6.7%,为氢能源汽车储氢系统提供了新选择。

该研究突破了氢键有机骨架材料的孔径极限,其可溶液加工特性降低了生产成本。团队指出,这种设计策略可拓展至其他功能材料开发,在气体分离、药物递送等领域具有应用潜力。随着进一步优化,RP-H200或将成为推动能源转型的关键材料之一。

更多信息: Ruihua Zhang 等,《具有高甲烷存储容量的双壁介孔氢键有机骨架》,《美国化学会志》(2025)。期刊信息: 美国化学会志

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