ChemSusChem：调控柔性MOF材料的相变压力以提高甲烷的存储密度

西安交通大学杨庆远课题组最近采用了一种”固态溶液”的策略，成功地精确控制了柔性金属有机框架材料的相变压力，并因此实现了多孔框架材料中甲烷的更高存储密度。这项研究的成果对于发展高效甲烷存储材料具有重要意义。

液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）是目前最常用的甲烷储存技术，然而它们的能耗相对较高。近年来，吸附天然气（ANG）的多孔材料作为一种可替代方案被研究，旨在减轻能耗和风险。然而，目前常用的刚性多孔材料由于其吸附等温线呈现I型特性，导致甲烷的工作容量较低，即使在低压（5 bar）下仍有大量甲烷被吸附。而柔性金属有机框架材料（MOFs）具有可在无孔态和多孔态之间转变的特性，并且表现出F-IV型的吸附曲线。我们的课题组之前报道了一种柔性MOF材料（X-dia-1-Ni）用于甲烷储存，然而在脱附压力下该材料仍然会吸附一定量的甲烷气体。因此，如何进一步提高柔性MOFs对甲烷的工作容量成为了关键问题和挑战。

西安交通大学杨庆远教授团队在ChemSusChem期刊发表文章，通过在柔性MOF，X-dia-1-Ni中掺杂金属Co，制备了系列柔性MOFs，X-dia-1-Ni_xCo_1-x；X-dia-1-Ni_xCo_1-x是与X-dia-1-Ni具有相同结构的混金属柔性MOFs。掺杂Co之后的柔性MOFs对二氧化碳和甲烷的开门压力增大，而且随着Co含量的增加而增大。在298 K和35 bar下，X-dia-1-Ni和X-dia-1-Ni_xCo_1-x对甲烷的吸附量分别是176和178 cm³ g^-1。脱附曲线中，压力为5 bar时，X-dia-1-Ni和X-dia-1-Ni_xCo_1-x中残留的甲烷吸附量分别为60和19 cm³ g^-1。因此，X-dia-1-Ni和X-dia-1-Ni_0.89Co_0.11对甲烷的工作容量（5-35 bar）分别为116和159 cm³ g^-1。因此，X-dia-1-Ni_0.89Co_0.11相比X-dia-1-Ni的甲烷工作容量提高了35%。这是由于X-dia-1-Ni_0.89Co_0.11相比X-dia-1-Ni对甲烷的开门压力从20 bar增高到25 bar。本工作提供了利用固溶体来调节柔性MOFs的开门压力的方法，以进一步增强柔性MOFs在储气中的潜在应用。

论文信息

Metal Doping to Control Gate Opening and Increase Methane Working Capacity in Isostructural Flexible Diamondoid Networks

Shao-Min Wang, Dr. Mohana Shivanna, Dr. Prem Lama, Prof. Dr. Qing-Yuan Yang, Prof. Dr. Leonard J. Barbour, Prof. Dr. Michael J. Zaworotko

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202300069