金属有机框架如何帮助实现碳中和能量循环

(TechXplore)-对气候变化的担忧促使研究人员寻找化石燃料的替代能源。化石燃料会产生CO 2(一种温室气体)，但是在可实现高效，可持续的替代燃料来源之前，我们对化石燃料的依赖可能会持续到可预见的未来。一种选择是将金属有机框架既用作捕获和转化CO 2的短期解决方案，又用作氢气生产和存储的长期解决方案。

加州大学伯克利分校的Alexander Schoedel，Zhe Ji和Omar M. Yaghi和Lawrence Berkley国家实验室撰写了一篇评论文章，概述了使用金属有机框架作为中长期解决方案的当前和未来可能性从燃烧化石燃料开始，CO 2的水平升高，并最终形成碳中和的能量循环。他们的评论发表在《自然能源》上。

金属有机框架(MOF)因其在结构设计和多功能孔隙方面的多功能性而受到关注。它们由与连接子共价键合的金属氧化物单元组成。这产生具有内部孔的结构，该内部孔的大小和形状可以根据使用的有机和无机连接基来调整。重要的是，诸如H 2和CO 2之类的气体可以被捕获在这些孔中。此外，许多MOF在很宽的温度和压力范围内都非常稳定。

据Zhe Ji博士说，MOF是开发碳中性能量循环的诱人研究途径，因为“ MOF在研究这些问题时超过其他材料，并且开始表现出比任何其他类别的多孔固体更高和更有希望的性能。 ”

氢

氢基燃料源是最终目标，因为氢清洁燃烧且仅产生副产物水。但是，储氢存在实际问题。无论是以气体还是液体形式存储，氢气存储仍需要在高压下保持低温，这在维护上很昂贵。此外，在使氢气与化石燃料具有经济竞争力之前，需要将氢气生产成本降低四倍。

如果可以将MOF设计为可容纳氢气，则可以解决存储问题。为了使之可行，MOF将需要非常高的表面积(即高度多孔)。在这方面的进展产生了两个MOF，即MOF-177和MOF-210。两者都可以容纳重量上大量的氢(分别为14.0 wt%和15.0 wt%)，但是两者都需要极低的温度，这代表了当前的实际限制。其他理论模型将需要复杂的综合，这将是昂贵的。研究继续关注新颖的MOF设计，该设计可以在适合实际使用的条件下容纳氢气，并且生产起来相对便宜。