日本研究显示：早期多孔气体吸附材料兼具柔软性 有助于创建更有效的储能系统

盖世汽车讯 据外媒报道，京都大学高等研究院-物质细胞统合中心（KUIAS-iCeMS）的研究团队重塑了人们对开发多孔配位聚合物（PCP）储气材料的理解，该材料也称为金属有机框架（MOF）。这项研究表明，1997年报告的第一个PCP可以吸附大量气体，同时是一种“软”PCP。而科学家们曾认为，这类柔性PCP材料是最近才开发出来的。这一发现提供了关于这些材料演变的新见解，并为未来的研究和应用铺平了道路。

（图片来源：京都大学）

PCP具有由有机分子连接的金属离子网络，从而形成许多微小的孔隙。这些孔隙使PCP可以收集并储存气体和液体，在各种应用中都很有价值。研究负责人Susumu Kitagawa表示：“想象一种海绵设计成可以吸收气体而不是液体，这基本上就是PCP的功能。”PCP可以有效储存诸如氢等气体，以用于清洁能源；或者在工业应用中选择性地过滤气体。它们还可以检测微量气体，以监测空气质量和发现风险。与许多无孔材料不同，这种明显的多孔结构使它们成为多功能工具。

研究人员Hirotoshi Sakamoto表示：“‘软PCP’一词指的是材料根据与之相互作用的气体调整或改变其形状的能力。与刚性结构不同，软PCP可以调整自己的框架以容纳更多的气体，类似于柔性海绵可以进行调整以吸收更多液体的方式。这种灵活性增强了材料收集和储存气体的有效性。”

该团队通过先进技术，例如单晶X射线衍射，重新检测一些早期的PCP材料。当前分析提供了诸多见解，如这些材料中原子的精确排列，以及与气体相互作用时其结构如何变化。他们研究了带舌槽式堆叠（tongue-and-groove stacking）的钴PCP——Co-TG，这是25年前开发的开创性PCP。作为最早的有效气体收集材料范例之一，Co-TG最初以其吸附气体的能力而闻名。然而，新分析显示，它还可以稍微改变形状，以容纳更多的气体。

参与这项研究的Ken-ichi Otake表示：“我们发现这些早期的PCP不仅善于收集气体，而且可以独特的方式收集气体，这要归功于其灵活、‘柔软’的性质。但初始PCP的这一特点一直未得到重视。”

通过认识到早期PCP是软PCP的先驱，这项研究表明这些材料如何为开发更先进的PCP奠定了基础。这项新见解有望推动不同领域实现创新，包括气体存储和分享技术、CO2收集和创建更有效的储能系统，如氢燃料电池。

这些结果表明，通过当代技术重新检查历史数据的重要性。对早期PCP“柔软性”的发现不仅改变了人们对气体吸附历史的理解，而且为探索和改进这些多功能材料的性能铺平了道路。Kitagawa表示：“这种从过去学习以获得新见解的方式，突显了即使是成熟的科学领域也可以从新的角度受益。”