一种具有巨大高效氨存储潜力的单分子基有机多孔材料
世界各地的科学家都在努力研发能够帮助我们摆脱化石燃料的下一代能源技术。使用氢作为能源载体和清洁能源或许是目前最有前景的解决方案之一。然而，在氢经济成为现实之前，还有一个重大挑战需要克服：氢气极难安全储存和运输，这严重限制了它在许多领域的应用。
在此背景下，日本东京工业大学和东京理科大学的研究团队一直在努力寻找氢存储问题的替代解决方案。在副教授小野浩介的带领下，他们最近开发了一种新型化合物(简称为1a)，它可以高密度吸附并反复解吸氨 (NH 3 )，从而很容易回收氨。这种气体移动起来更方便，可以像氢一样提供化学能。他们的研究成果发表在《美国化学学会杂志》上。
与氢气相比，NH 3不需要冷藏或极高的压力，这已经节省了大量能源。此外，现有的工业 NH 3基础设施(图 1)可以很容易地重新用于新兴的 NH 3应用，作为能源载体。这些只是 NH 3的一些优点，正如 Ono 所解释的那样：“NH 3不仅是氢气的来源，而且还被认为是一种无碳能源载体，燃烧时会产生 N 2和 H 2 O，而不会产生 CO 2。因此，无论是从环境角度还是从高效资源利用的角度来看，捕获和回收 NH 3都是非常可取的。”
然而，用于 NH 3存储的材料不仅要化学稳定，还要支持节能的吸附和释放捕获气体的方式。为了实现这种材料，研究人员用1a分子创造了一种晶体固体，1a 分子是环状寡苯基，其环状结构的内部带有 CO 2 H 功能团。在形成这种称为1a (N) 的多孔晶体固体时，1a分子会自行组织成一束平行的纳米通道。由于 CO 2 H 基团的作用，通道呈酸性，从而有助于吸附 NH 3 。值得注意的是，室温下1a (N)中NH 3的堆积密度为 0.533 g/cm 3 - 几乎与纯液态 NH 3的密度一样高!
有趣的是，只需降低1a (N)左右的压力就足以使其释放几乎所有储存的 NH 3，这解决了以前报道的材料的一个主要限制。“晶体1a (N)是一种稳定的 NH 3吸附材料，可以重复使用。使用1a (N)时，通过简单的减压操作即可解决传统 NH 3吸附材料经常出现的解吸过程中残留 NH 3的问题，”Ono 说道。除了这些特性之外，1a (N)还易于制备，这扩展了它的适用性和成本效益。
总体而言，这项创新可作为实现高效、可扩展的 NH 3存储的必要垫脚石，从而为可持续的氢经济铺平道路。此外，通过用不同的化合物取代 CO 2 H 官能团，可能可以吸附其他类型的高活性气体，这些气体通常会带来实际挑战，例如 HCl 或 Cl 2。
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