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【安徽日报】中科大研发一种新型能源载体材料

发布时间:2020-10-22 02:40

  本报讯(记者 陈婉婉)记者近日从中国科学技术大学获悉,该校化学与材料科学学院刘波课题组发展了一种新型离子型氢键有机骨架材料,为探索高效能源载体材料提供了新的研究思路。研究成果于6月19日发表在著名期刊《自然·通讯》上。

  可燃冰,又叫天然气水合物,一般分布在深海沉积物或陆域的永久冻土中,其外观像冰且遇火可燃烧。它是一种固态块状物,1立方米的可燃冰可以分解为164立方米的甲烷,燃烧产物CO2和H2O,几乎无固态残渣,也不会产生有害气体,是一种理想的清洁能源。

  可燃冰中的甲烷,其温室效应为二氧化碳的20倍。如果不慎让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去,将会产生非常严重的后果。如果将其从海底搬出,甲烷则会在运送过程中挥发完,给环境造成不可估量的危害。目前,国际上已产生几种开采方法,但都存在成本高、效率低的问题,对释放到大气中的甲烷进行再次捕获也同样需要非常严苛的条件。

  刘波教授团队发展了一种由胍阳离子和硼酸盐阴离子构成的离子型氢键有机骨架(HOF)材料,在常温常压下对甲醇的可逆自动吸附/解吸。氢键参与多孔骨架的构建,使得结构具有较高的灵活性,可以在比较温和的条件下实现客体分子的吸附存储;但其结构往往是脆弱的,尤其是在客体分子去除的过程中,结构会发生不可逆的坍塌。研究人员发现这种HOF材料除了氢键外,阴阳离子间的静电吸引作用可以使结构相对保持稳定。尽管它在真空条件下可以保持结构,但当暴露在大气环境中,会出现骨架的坍塌,同时也伴随着客体分子甲醇的逃逸。有趣的是,当坍塌后的产物再次暴露在客体分子甲醇的气氛中,可以在常温常压下实现结构重建,同时甲醇会填入该HOF的孔道中。这一系列过程不依赖于外界能量输入,且表现出优异的循环性。

  这一项工作首次在HOF材料中发现了常温常压下的客体分子捕获和释放的现象,并揭示了可逆循环的机理,为探索能源和药物载体提供了新的思路。

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