科学家合成具有优异高压甲烷吸附性能的共价有机框架材料

　　

　　（记者李思辉 实习生何睿）武汉大学化学与分子科学学院教授汪成团队在超高比表面共价有机框架（COF）材料用于甲烷吸附方面取得新进展。近日，相关成果在线发表于《科学》。

　　目前，高密度天然气（主要成分为甲烷）主要为液化天然气和压缩天然气，其储存存在成本高、能耗大、有安全隐患等问题。相比之下，吸附天然气技术利用甲烷吸附剂在相对低压下实现高效存储，为车载运输应用提供了一种安全、经济、环保的存储替代方案。当前已有大量多孔材料的甲烷吸附研究，但难以兼顾质量容量和体积容量，其性能仍无法满足实用要求。

　　理论分析表明，性能优异的甲烷吸附多孔材料应具备高比表面积及适宜孔径。COF是一类由有机分子构筑基元通过共价成键组装、在二维或三维方向上形成的新型晶态多孔材料。由于其固有的多孔性和共价键连接特性，超高比表面COF可作为一种具有高稳定性的甲烷吸附剂。三维COF通常具备更高比表面积，但其合成和结构表征面临巨大挑战，而且常见的框架互穿问题会显著减少表面积。

　　汪成团队以六连接立体节点与三角形分子为前体进行缩聚反应，成功设计合成了两种席夫碱连接的超高比表面微孔三维COF。他们通过三维电子衍射进行结构解析，发现两种三维COF均具有一种罕见的自互锁拓扑结构。由于避免了常见穿插拓扑结构中的紧密堆积，在减小框架孔径的同时又保证了构筑单元的充分暴露，两种COF均表现出超高的质量比表面和体积比表面以及合适的微孔孔径。

　　甲烷吸附实验表明，这两种COF均具备优异的高压甲烷吸附性能。这项研究不仅证实了COF在能源气体储存方面具有很大的应用潜力，还为构筑兼具高质量比表面和体积比表面的多孔材料提供了重要指导。

　　

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