近日，在《美国化学学会杂志》上发表的一项研究中，由香港大学和西北大学科研人员组成的团队，在已故诺贝尔奖获得者弗雷泽·斯托达特教授的带领下，成功开发出一种名为RP-H200的新型分子晶体——氢键有机骨架(HOF)。该材料具有同类产品中最大的孔径，为可持续能源存储、气体分离和催化等领域开辟了新的可能性。

分子晶体，如氢键有机骨架(HOF)，是由有机分子通过非共价相互作用(如氢键或π-π堆积)连接形成的有序结构。尽管分子晶体在气体分离、传感和催化领域具有巨大潜力，但制造具有大而稳定孔隙的分子晶体一直是一个技术挑战。大孔径、高孔隙度的晶体通常缺乏稳定性，而致密的结构虽然坚固，但孔隙很小甚至没有，这种权衡长期阻碍了分子晶体的实际应用。

为了应对这一挑战，研究团队设计了一种介孔氢键有机骨架(HOF)，将大孔径与卓越的稳定性完美结合。最终研发出的RP-H200，其孔径达到3.6纳米，是迄今为止同类产品中最大的孔径。

这一突破是通过一种独特的非共面组装策略实现的，该策略采用了咪唑环化的三蝶烯六酸。这些分子自组装成双壁蜂窝状结构，形成了内衬芳香表面的孔隙。RP-H200的表面积高达2313平方米/克，相当于每克三分之一个足球场的面积。值得注意的是，X射线衍射证实，RP-H200在高达350°C的温度下以及在乙醇等溶剂中仍能保持其结构完整性。

RP-H200的大孔径、巨大的表面积和卓越的稳定性，使其成为储存清洁能源气体的理想选择。在甲烷储存的典型条件下(270 K和100 bar)，它每克可捕获0.31克甲烷，超越了许多现有材料。其芳香孔表面与甲烷形成CH-π相互作用，吸附热为12 kJ/mol，可在非极端条件下实现高效储存和释放。此外，RP-H200在77 K下还能储存相当于其重量6.7%的氢气，有望推动氢动力汽车的发展。

通过反复吸附循环，研究团队确认了RP-H200的耐久性，三次循环后甲烷容量无明显损失。同时，它在潮湿空气和有机溶剂中保持稳定，这使得RP-H200成为现实储能的实用解决方案。

研究团队表示，他们的非共面组装策略可实现超大孔径、优异的稳定性和溶液加工性能，从而实现经济高效的生产。RP-H200采用有机分子，实现了可持续化学反应，其可回收性可最大程度地减少浪费。

这种新型分子晶体为HOF在清洁能源、气体分离和催化领域的应用开辟了激动人心的可能性。未来，RP-H200有望用于甲烷燃料汽车的轻型油箱，减少对化石燃料的依赖，或者作为药物输送系统，利用这些孔隙运输药物。研究团队的方法还可以扩展到其他HOF，从而加速开发用于各种应用的功能性分子晶体。

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)。