儲(chǔ)氫材料簡(jiǎn)介課件

儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料1

目錄1234能源現(xiàn)狀儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫材料的研發(fā)應(yīng)用與總結(jié)目錄1234能源現(xiàn)狀儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫材料的研發(fā)應(yīng)用2一、能源現(xiàn)狀煤18世紀(jì)末，工業(yè)革命開(kāi)始，煤被廣泛地用作工業(yè)燃料。石油1859年美國(guó)賓夕法尼亞用鉆井方法打出世界第一口油井。石油取代煤炭成為世界主要能源，被稱為“黑金”、“工業(yè)的血液”、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”、“發(fā)光的水”、“魔鬼的汗珠”。天然氣1925，美國(guó)鋪設(shè)第一條天然氣長(zhǎng)輸管道——現(xiàn)代工業(yè)利用的標(biāo)志?；剂系陌l(fā)展史一、能源現(xiàn)狀煤18世紀(jì)末，工業(yè)革命開(kāi)始，煤被廣泛地用作工業(yè)燃3一、能源現(xiàn)狀化石燃料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：濃縮能源；易儲(chǔ)存；易運(yùn)輸?；剂先秉c(diǎn)：不可再生資源；破壞環(huán)境；軍事沖突。一、能源現(xiàn)狀化石燃料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：化石燃料缺點(diǎn)：4一、能源現(xiàn)狀石油——不可再生資源~80%能量來(lái)源為化石燃料《環(huán)境科學(xué)技術(shù)期刊》——化石燃料可能在2050年就會(huì)枯竭?？稍偕茉吹?140年才能在全世界廣泛應(yīng)用。國(guó)際能源署(IEA)——石油價(jià)格在2015年超過(guò)每桶$100，2035年超過(guò)$200。一、能源現(xiàn)狀石油——不可再生資源~80%能量來(lái)源為化石燃料5一、能源現(xiàn)狀

石油儲(chǔ)量分布不均~60%＜5%一、能源現(xiàn)狀石油儲(chǔ)量分布不均~60%＜5%6一、能源現(xiàn)狀世界能源消耗不均

1990-2020(QuadrillionBtu)×3.6×1.4一、能源現(xiàn)狀世界能源消耗不均×3.6×1.47一、能源現(xiàn)狀節(jié)能技術(shù)迫在眉睫發(fā)展新能源勢(shì)在必行新能源——太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮?、海洋能、生物能、氫能等。一、能源現(xiàn)狀節(jié)能技術(shù)迫在眉睫8二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介

氫能氫能——利用氫燃燒時(shí)放出的熱量作為能源。氫能優(yōu)勢(shì)：(1)氫具有很高的燃燒值；

單位質(zhì)量的氫氣所含的化學(xué)能（142MJ/kg）至少是其他化學(xué)燃料的三倍（例如，等質(zhì)量的液體碳?xì)浠衔锸?7MJ/kg）。(2)氫在氧氣中燃燒只產(chǎn)生水，預(yù)計(jì)不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，是一種綠色的能源。二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能單位質(zhì)量的氫氣所含的化學(xué)能（149二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(3)氫是地球上最豐富的元素之一。當(dāng)然，以分子氫形式存在的H僅占總量的不到1%，絕大部分是結(jié)合在水和烴類中。要實(shí)現(xiàn)氫能源的大規(guī)模普及，首先要解決氫氣的制取問(wèn)題，而制取氫氣是要消耗化學(xué)能的。目前工業(yè)上主要以煤或天然氣為原料制取氫氣，全球產(chǎn)量達(dá)每年5×1010kg，但以化石燃料制取新能源顯然有違我們的初衷，這與燃燒化石燃料無(wú)異。最清潔的氫氣制取方法是在催化劑（如TiO2）存在下利用太陽(yáng)能使水光解：這種方法真正實(shí)現(xiàn)了能量的持續(xù)轉(zhuǎn)化（化學(xué)能直接來(lái)自太陽(yáng)能）和物質(zhì)的循環(huán)利用，且沒(méi)有污染，是未來(lái)大規(guī)模產(chǎn)氫的理想途徑。二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(3)氫是地球上最豐富的元素之一。當(dāng)然，10二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介Figure1showsanidealhydrogencycle.wherehydrogenisproducedbysplittingwaterthroughelectrolysiswithsolarenergy,storingitreversiblyinasolid,andusingitondemandinafuelcelltoproduceenergy.二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介Figure1showsanide11二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(4)氫的燃燒能以高效和可控的方式進(jìn)行。目前液氫已用作火箭燃料；液氫、液氨或儲(chǔ)氫合金貯存的氫氣已用作汽車燃料。但由于氫的生產(chǎn)成本高于化石燃料，推廣使用尚有困難。二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(4)氫的燃燒能以高效和可控的方式進(jìn)行。12二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能源-----國(guó)際對(duì)比二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能源-----國(guó)際對(duì)比13二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能的使用存在的困難能量轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存制備關(guān)鍵環(huán)節(jié)二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能的使用存在的困難能量轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存制備關(guān)鍵環(huán)14二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介

儲(chǔ)氫方式——對(duì)儲(chǔ)氫材料要求可逆性好適應(yīng)燃料電池的工作條件儲(chǔ)氫量大theDepartmentofEnergy‘sstoragesystem提出的目標(biāo)：

1、gravimetricandvolumetricdensitiesof7.5wt%and70g/L；

2、anoperatingtemperaturebetween-40and85℃；3、aminimumdeliverypressureof12bar；4、afuelingtimelessthan3min。

二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式——對(duì)儲(chǔ)氫材料要求可逆性好15二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介

氫能系統(tǒng)化石能源太陽(yáng)能風(fēng)能海洋能地?zé)崮茉幽苊菏吞烊粴馑镔|(zhì)副產(chǎn)氫蒸汽轉(zhuǎn)化法微生物法汽化熱化學(xué)循環(huán)電解法煤氣化法部分氧化法氫加壓精制壓縮碳材氫化物冷凍有機(jī)液玻璃微球管道船舶車輛氫化物箱貯槽化學(xué)工業(yè)航空航天電子工業(yè)冶金工業(yè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)家庭民用能源制氫原料制氫方法儲(chǔ)氫系統(tǒng)輸送系統(tǒng)氫的利用目前的一些儲(chǔ)氫方法二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介氫能系統(tǒng)化石能源太陽(yáng)能風(fēng)能海洋能地?zé)?6二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(a)高壓儲(chǔ)氫（氣態(tài)儲(chǔ)氫）

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，常用。缺點(diǎn)：體積能量密度低；對(duì)容器耐壓性能高；不安全；儲(chǔ)氫方式比較二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式比較17二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式比較(b)液態(tài)儲(chǔ)氫優(yōu)點(diǎn)：體積能量密度高；缺點(diǎn)：液化耗能(4~10kw·h/kg)；蒸發(fā)損失；對(duì)儲(chǔ)槽絕熱材料的要求高。二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式比較(b)液態(tài)儲(chǔ)氫18二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：體積儲(chǔ)氫容量高無(wú)需高壓及隔熱容器安全性好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)可得到高純氫，提高氫的附加值儲(chǔ)氫方式比較(c)固態(tài)儲(chǔ)氫二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：儲(chǔ)氫方式比較(c)固態(tài)儲(chǔ)19二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式比較體積比較：二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫方式比較體積比較：20二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介Threemainlydifferentwaysthathydrogencanbeadsorbedonamaterialphysisorptionchemisorptionquasi-molecularbonding二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介Threemainlydifferen21二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫材料的分類---intermsofthestrengthofhydrogenbonding物理吸附儲(chǔ)氫，sorbentmaterialswherehydrogenisphysisorbedandweaklyboundtothesubstrate;(2)復(fù)合氫化物儲(chǔ)氫，complexhydrideswherehydrogenisheldinstrongcovalentbonds;theseconsistoflightmetalhydridesandchemicalhydrides;(3)納米結(jié)構(gòu)材料儲(chǔ)氫，nanostructuredmaterialswherehydrogenisheldbyaninteractionthatisintermediatebetweenphysisorptionandchemisorption.二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介儲(chǔ)氫材料的分類---intermsof22二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(1)物理吸附儲(chǔ)氫（SorbentMaterials）Ⅰ

碳納米管；

1997.3單壁碳納米管中的儲(chǔ)氫——《nature》1999.7堿摻雜的碳納米管在常壓常溫下的高吸氫量——《science》1999.11室溫下在單壁碳納米管上的儲(chǔ)氫——《science》5wt%~20wt%2010.2回顧碳納米管儲(chǔ)氫——《carbon》1998~2010，CNTS儲(chǔ)氫量逐年下降物理吸附達(dá)到的儲(chǔ)氫密度有限，＜1wt%Ⅱ

沸石；Ⅲ

金屬有機(jī)骨架化合物；Ⅳ

玻璃微球；直徑25~500um，球壁厚度1um，15%~42%。二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介Ⅰ碳納米管；23二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(2)復(fù)合氫化物儲(chǔ)氫（SorbentMaterials）

優(yōu)點(diǎn)：

(AlH4-)、(NH2-)、(BH4-)

含氫量高很有潛力。

NaAlH4－7.47wt.%LiAlH4－10.62wt.%KBH4－7.47wt.%NaBH4－11.66wt.%LiBH4－18.51wt.%NH3BH3

－12.9wt.%缺點(diǎn)：放氫溫度高

400~700K二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(2)復(fù)合氫化物儲(chǔ)氫（SorbentM24二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(3)納米結(jié)構(gòu)材料儲(chǔ)氫（NanostructuredMaterials）1、Researchonnanostructuredmaterialshasclearlydemonstratedthatreducedsize,lowdimensionality,andlowcoordinationcanleadtopropertiesthatareverydifferentfromthecorrespondingbulkmaterials2、thephysicsandchemistryofmatterattheNanoscalecanbefundamentallyaltered二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介(3)納米結(jié)構(gòu)材料儲(chǔ)氫（Nanostr25二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介二、儲(chǔ)氫材料的簡(jiǎn)介26三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)鎂基儲(chǔ)氫材料多孔聚合物儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)鎂基儲(chǔ)氫材料多孔聚合物儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料27三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.1鎂基儲(chǔ)氫材料金屬儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫原理：在一定溫度和氫氣壓力條件下，儲(chǔ)氫金屬或合金與氫反應(yīng)生成金屬氫化物，并釋放出熱量，當(dāng)提高溫度或降低氫壓時(shí)，氫化物釋放出氫氣，其吸放氫過(guò)程可表示為:式中MH、為氫的固溶體相(a相)，MHy為氫化物相(p相)，△H。為氫化物生成焙或氫化反應(yīng)熱。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.1鎂基儲(chǔ)氫材料金屬儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫原理28三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)金屬或合金一氫體系吸放氫作用可用下圖的氣固反應(yīng)過(guò)程來(lái)表示。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)金屬或合金一氫體系吸放氫作用可用下圖的氣固29三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)鎂基材料的優(yōu)勢(shì)：(1)鎂在地球上的儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)氫容量高（7.6wt%）;(2)價(jià)格低廉，被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料;(3)鎂可與氫氣直接反應(yīng)，在300-400℃和較高的氫壓下，

反應(yīng)生成MgH2。鎂基材料的不足：

鎂基氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，可逆儲(chǔ)氫溫度過(guò)高，吸放氫動(dòng)力學(xué)性能較差，給其實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了阻礙。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)鎂基材料的優(yōu)勢(shì)：30三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)為改善鎂基材料的儲(chǔ)氫性能，各國(guó)學(xué)者做了大量的研究工作，其研究重點(diǎn)主要集中在四個(gè)方面:(l)機(jī)械球磨合金化改性，是改善鎂基合金性能的常用方法；(2)元素(部分)取代改性，通過(guò)其它元素的(部分)取代來(lái)降低脫氫分解溫度；(3)添加劑改性，通過(guò)添加金屬單質(zhì)、金屬氧化物或鹵化物、非金屬/有機(jī)溶劑改性等以改善其吸放氫性能；(4)與儲(chǔ)氫合金復(fù)合改性，復(fù)合改性后可使合金氫化物穩(wěn)定性降低。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)為改善鎂基材料的儲(chǔ)氫性能，各國(guó)學(xué)者31三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.1.1添加碳納米管鎂基材料的儲(chǔ)氫性能碳納米管：碳納米管優(yōu)勢(shì)：1、良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性；2、具有一定的吸氫性能。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.1.1添加碳納米管鎂基材料的儲(chǔ)氫性能32三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)添加碳納米管鎂基材料的儲(chǔ)氫性能實(shí)驗(yàn)方法：球磨法（以氫氣作為保護(hù)氣體）1）球磨過(guò)程：三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)添加碳納米管鎂基材料的儲(chǔ)氫性能實(shí)驗(yàn)方法：球33三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)34三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)2）充放氫過(guò)程：三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)2）充放氫過(guò)程：35三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3）碳納米管含量對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料的影響三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3）碳納米管含量對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料的影響36加碳納米管的鎂基儲(chǔ)氫材料具有良好的吸放氫性能，儲(chǔ)氫容量大，吸放氫速度快，在較低的溫度下，可以進(jìn)行吸氫與放氫過(guò)程。結(jié)論碳納米管由于其本身的良好導(dǎo)熱性能，對(duì)氫分子敏感，具有一定的吸附氫氣能力，是一種很有效的鎂基儲(chǔ)氫材料添加劑，可以改善儲(chǔ)氫材料的吸放性能，并且還可以降低制備鎂基儲(chǔ)氫材料過(guò)程的球磨強(qiáng)度。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)加碳納米管的鎂基儲(chǔ)氫材料具有良好的吸放氫性能，儲(chǔ)氫容量大，吸37三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Schematicofhydrogenstoragecompositematerial:high-capacityMgNCsareencapsulatedbyaselectivelygas-permeablepolymer.Air-stablemagnesiumnanocompositesproviderapidandhigh-capacityhydrogenstoragewithoutusingheavy-metalcatalysts三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Schematicofhydr38三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)39三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)40三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)41三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)42developedanew,simplemethodtosynthesizeair-stablecrystallineMgNCs/PMMAcompositesbyen-capsulationinapolymerwithselectivegaspermeability,protectingtheNCsfromO2andH2O.結(jié)論Thecompositesshowednooxidationaftertwoweeksofairexposure.Rapiduptake(<30minat200℃)ofhydrogenwasachievedwithahighcapacity(～6wt%inMg,～4%overall)intheabsenceofheavy-metalcatalysts,demonstratingavolumetriccapacity(55gl1)greaterthanthatofcompressedH2gas.三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)developedanew,simplemethod43三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.2多孔聚合物儲(chǔ)氫材料多孔聚合物特點(diǎn)：1、密度很小，測(cè)得的晶體密度0.21~0.41g/cm3，是目前所報(bào)道的儲(chǔ)氫材料母體密度最小品種；2、具有多孔結(jié)構(gòu)，而且這些微孔具有統(tǒng)一的大小和形狀；具有很大的比表面積，已報(bào)道合成的此類物質(zhì)中平均表面積大于2000m2/g，比含碳類多孔材料的表面積還要大；3、可以在室溫、安全的壓力（小于2MPa）下快速可逆地吸收大量的氫氣，在室溫和1MPa條件下，它可儲(chǔ)存2%的氫氣，在低溫下（78K），其儲(chǔ)氫量可達(dá)4.5%。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.2多孔聚合物儲(chǔ)氫材料多孔聚合物特點(diǎn)：44PreparationofSize-SelectiveNanoporousPolymerNetworksofAromaticRings:PotentialAdsorbentsforHydrogenStorage三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)theenthalpyofadsorptionΔHthesurfaceareaandporevolumecapacitytemperatureanenthalpyofadsorptionintherangeof15-20kJ/molTheoreticalcalculationsPreparationofSize-Selective45三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)46三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)47三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)48三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)49三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)50三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Thehypercrosslinkednetworksofaromaticringswithporesthataretoosmalltoallowpenetrationofnitrogenbutlargeenoughforhydrogenadsorptioncanbegenerated.結(jié)論Theselightweightmaterialsexhibithighenthalpiesofadsorptionforhydrogenreachingupto-18kJ/mol.Andcouldachievereversiblehydrogenstorageatroomtemperature.三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Thehypercrosslinked51三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)NanoporousPolymersContainingStereocontortedCoresforHydrogenStorage三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)NanoporousPolymersC52三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)53三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)54三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)55三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)56三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)57三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Template-FreeSynthesisofaHighlyPorousBenzimidazole-LinkedPolymerforCO2CaptureandH2Storage三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)Template-FreeSynthes58三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)59三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)603.2.1新型金屬-有機(jī)骨架配位聚合物金屬有機(jī)骨架配合物Metalorganicframeworks（MOFs，也稱為配位聚合物）是一類具有廣闊應(yīng)用前景的新型多孔材料，過(guò)渡金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體利用分子組裝和晶體工程的方法得到的具有一定尺寸和形狀帶空腔的配位聚合物。多孔配位聚合物與傳統(tǒng)的多孔材料(如沸石、分子篩)相比具有結(jié)構(gòu)可塑、孔隙率高、孔大小分布均勻等特點(diǎn)。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)3.2.1新型金屬-有機(jī)骨架配位聚合物金屬有機(jī)骨架配合61MOFs的特點(diǎn)：1、密度很小，測(cè)得的晶體密度0.21~0.41g/cm3，是目前所報(bào)道的儲(chǔ)氫材料母體密度最小品種；2、具有多孔結(jié)構(gòu)，而且這些微孔具有統(tǒng)一的大小和形狀；3、具有很大的比表面積，已報(bào)道合成的此類物質(zhì)中平均表面積大于2000m2/g，比含碳類多孔材料的表面積還要大；4、可以在室溫、安全的壓力（小于2MPa）下快速可逆地吸收大量的氫氣，在室溫和1MPa條件下，它可儲(chǔ)存2%的氫氣，在低溫下（78K），其儲(chǔ)氫量可達(dá)4.5%；5、可以通過(guò)人為改變骨架中的有機(jī)連接基團(tuán)，改變其分子結(jié)構(gòu)、達(dá)到調(diào)整其儲(chǔ)氫能力；6、熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度高達(dá)300~400℃之間。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的特點(diǎn)：三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)62三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的設(shè)計(jì)MOFs結(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)）聯(lián)接橋（聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)間的化學(xué)鍵或包含多個(gè)化學(xué)鍵的有機(jī)官能團(tuán))金屬離子配體多齒配體單齒配體過(guò)渡金屬離子稀土金屬離子三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的設(shè)計(jì)MOFs結(jié)點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)63三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的分類目前，MOFs的合成主要采用幾種配體：含氮雜環(huán)配體、含羧基配體、含氮雜環(huán)與羧酸混合配體、兩種羧酸混合配體等。最常用的是前兩種，下面我們將分別介紹。

1、含羧基配體的MOFsYaghi用鋅鹽與對(duì)苯二甲酸（BDC）反應(yīng)得到了立方結(jié)構(gòu)的三維多孔聚合物[Zn4O（BDC）3]（MOF-5）（圖1（a）），球體代表形成的孔洞，其直徑為1.85nm，比表面積為2500~3000m2·g-1。此結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性（400℃以下），吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,多孔材料MOF-5在78K和0.8×105Pa壓力下能吸收4.5（wt）%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）的H2，相當(dāng)于每個(gè)結(jié)構(gòu)單元吸收17.2個(gè)H2

分子;而在室溫和2×106Pa壓力下,可吸收1.0（wt）%的H2且并未達(dá)到飽和，表明該材料在儲(chǔ)氫方面還具有很大的潛力。（a）MOF-5三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的分類目前，MOFs的合64三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)在這一結(jié)構(gòu)中，占據(jù)立方體頂點(diǎn)的不是單個(gè)金屬離子，而是由4個(gè)正四面體ZnO4

組成的［Zn4O（CO2）6］（圖1（b））簇單元（SBUs），這些簇單元由對(duì)苯二甲酸根橋聯(lián)起來(lái)形成三維結(jié)構(gòu)的正立方體。在MOF-5的基礎(chǔ)上通過(guò)改變芳香羧酸橋聯(lián)配體的長(zhǎng)度和功能基團(tuán)，Yaghi等合成了一系列與MOF-5具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的16種MOFs骨架（IRMOF-n，n=1~16），它們具有比表面積高和熱穩(wěn)定性好的性能。（b）[Zn4O（CO2）6]三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)在這一結(jié)構(gòu)中，占據(jù)立方體頂點(diǎn)的不是單個(gè)金屬65三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)[Zn4O（BTB）2]（MOF-177）（圖1（c））是用八面體的[Zn4O（CO2）6]簇單元作為6連接結(jié)點(diǎn)和BTB（H3BTB=1,3,5-三（4-羧基苯）苯甲酸）搭建的。它的比表面積約為4500m2·g-1，是目前報(bào)道的最輕的晶體材料（密度僅為0.21g·cm-3），該材料1.01×103Pa下對(duì)H2的吸附量為12.5mg·g-1。（c）MOF-177（d）UMCM-1Yaghi以MOF-5和MOF-177為SBUs成功合成了UMCM-1（圖1（d）），它是一種罕見(jiàn)的既有微孔又有介孔結(jié)構(gòu)的材料，是迄今為止比表面積最大的多孔材料（約為6500m2·g-1）。三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)[Zn4O（BTB）2]（MOF-17766三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)

2、含氮雜環(huán)類配體含氮雜環(huán)類配位聚合物（MOFs）具有光、電和磁等性質(zhì)，這類MOFs是含氮雜環(huán)類配體與金屬離子通過(guò)配位鍵、氫鍵、π-π堆積等作用組裝而成。能用于合成多孔MOFs的含氮雜環(huán)類配體大部分是吡啶及其衍生物。（a）單層結(jié)構(gòu)圖（b）相鄰兩層幾何關(guān)系圖三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)2、含氮雜環(huán)類配體含氮雜環(huán)67三、儲(chǔ)氫材料的研發(fā)MOFs的應(yīng)用氣體儲(chǔ)存金屬-有機(jī)骨架配合物由于空洞大小和體積可調(diào)控且具有比表面積大，熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)已經(jīng)成為多孔材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。催化MOFs作為催化劑，可以用于各類反應(yīng)，如氧化、開(kāi)環(huán)、環(huán)氧化、C-C的形成、加成（如羰基化、酯化、烷氧基化）、消去（如去羰基化、脫水）、加氫、脫氫、異構(gòu)化、C-C的斷裂和光催化等方面。應(yīng)用三、儲(chǔ)氫材料的