金属阳离子掺杂MOFs在气体储存中的研究进展

侯成富，邓 敏，梁宇杰

(云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500)

金属有机骨架材料(MOFs)[1]是由无机金属节点和有机建筑单元在一定的条件下组装而成的新型多孔结构材料，具有特殊的表面积、孔体积和可调节的结构等特点。近几十年来因其在荧光识别、光催化、气体吸附和分离等方面的潜在应用而受到人们的青睐[2-4]。随着化工工业对化石燃料的大量使用所造成的气候变暖、空气污染等，从而引起了人们对清洁能源(H2)和天燃气(CH4)的追求和重视。因此，研究H2和CH4的储存既符合时代发展的需要又具有挑战性。至今，已有大量的研究表明通过向MOFs结构中掺杂金属阳离子可以增强材料的储气能力。因此本文主要总结了金属离子掺杂MOFs应用于储存H2和CH4的研究进展。

1 应用于储氢领域

H2作为世界第一清洁能源气体，其具有较轻的质量和低密度，且易燃、易爆。有效储存和运输将具有重大的挑战性。目前，已有研究发现掺杂金属阳离子显著提高了MOFs对H2的吸收，也增强了H2与框架的结合[5-8]。这可能是由于掺杂碱金属阳离子增加了H2的结合位点。同时，Prasanth Karikkethu Prabhakaran等人[9]以MIL-101和MIL-53(Al)为原料，采用溶液浸渍法获得了不同质量分数Li+掺杂的Li@MIL-101-A(738×106)和Li@MIL-101-A(1 040×106)、Li@MIL-53(Al)-A(630×106)和Li@MIL-53(Al)-A(946×106)，并通过粉末X射线衍射研究表明，Li+掺杂对合成材料的骨架结晶度没有影响。测试了77和298 K的高压下(高达10 MPa)的H2吸附(如图1)，结果表明适量浓度Li掺杂的MOFs能提高H2的吸附量，而过量的锂掺杂降低H2的吸附量，这应归因于Li+对H2有很强的亲和力，使得它们在77 K和298 K时的吸氢能力都提高到10 MPa，但是过量的Li+掺杂会导致结晶度的丧失和骨架的分解，从而降低吸氢能力。……