金屬有機框架如何幫助實現碳中和能量循環

(TechXplore)-對氣候變化的擔憂促使研究人員尋找化石燃料的替代能源。化石燃料會產生CO 2(一種溫室氣體)，但是在可實現高效，可持續的替代燃料來源之前，我們對化石燃料的依賴可能會持續到可預見的未來。一種選擇是將金屬有機框架既用作捕獲和轉化CO 2的短期解決方案，又用作氫氣生產和存儲的長期解決方案。

加州大學伯克利分校的Alexander Schoedel，Zhe Ji和Omar M. Yaghi和Lawrence Berkley國家實驗室撰寫了一篇評論文章，概述了使用金屬有機框架作為中長期解決方案的當前和未來可能性從燃燒化石燃料開始，CO 2的水平升高，并最終形成碳中和的能量循環。他們的評論發表在《自然能源》上。

金屬有機框架(MOF)因其在結構設計和多功能孔隙方面的多功能性而受到關注。它們由與連接子共價鍵合的金屬氧化物單元組成。這產生具有內部孔的結構，該內部孔的大小和形狀可以根據使用的有機和無機連接基來調整。重要的是，諸如H 2和CO 2之類的氣體可以被捕獲在這些孔中。此外，許多MOF在很寬的溫度和壓力范圍內都非常穩定。

據Zhe Ji博士說，MOF是開發碳中性能量循環的誘人研究途徑，因為“ MOF在研究這些問題時超過其他材料，并且開始表現出比任何其他類別的多孔固體更高和更有希望的性能。 ”

氫

氫基燃料源是最終目標，因為氫清潔燃燒且僅產生副產物水。但是，儲氫存在實際問題。無論是以氣體還是液體形式存儲，氫氣存儲仍需要在高壓下保持低溫，這在維護上很昂貴。此外，在使氫氣與化石燃料具有經濟競爭力之前，需要將氫氣生產成本降低四倍。

如果可以將MOF設計為可容納氫氣，則可以解決存儲問題。為了使之可行，MOF將需要非常高的表面積(即高度多孔)。在這方面的進展產生了兩個MOF，即MOF-177和MOF-210。兩者都可以容納重量上大量的氫(分別為14.0 wt%和15.0 wt%)，但是兩者都需要極低的溫度，這代表了當前的實際限制。其他理論模型將需要復雜的綜合，這將是昂貴的。研究繼續關注新穎的MOF設計，該設計可以在適合實際使用的條件下容納氫氣，并且生產起來相對便宜。