MOFs在高压下的储氢潜力分析

为了提高氢经济性，确定金属有机框架（MOF）和其他微孔材料的储氢能力非常重要。氢燃料电池设计的一个重要方面是开发一种有效的储氢方法。亚博网站下载

氢气作为压缩气体储存时，体积能量密度低，质量能量密度高，不适合储存。此外，将氢保持在液态并不节能。

储氢的潜力

氢可以通过吸附作用储存在固体材料中。这是一个合适的替代方案，因为与压缩气态氢相比，它需要更少的体积，并且比液化氢所需的能量更少。高压氢可添加到MOF上，并可作为吸附气体储存。由于获得了高的氢能量密度和可逆吸附的可获得性，该过程是非常理想的。

高压容积分析仪

四个MOF使用一个高压容量分析仪（HPVA）从微粒学。目的是确定这些MOFs的储氢潜力，包括玄武岩F300(铁基有机骨架)和玄武岩C300(铜基有机骨架)。在本研究中，每个MOF约500 mg放置在真空中，并使用HPVA脱气端口逐渐加热至200°C，持续12小时。

然后，在液氮浴中，使用HPVA的低温选项在高达100巴的压力下，在液氮温度下检查所有四个样品。在分析过程中使用等温夹套来保持样品的低温区。在77 K时，每个MOF的吸氢量不同，其中F300的吸氢量最小，C300的吸氢量最大。图1显示了分析得到的等温线图。

图1所示。由77K下各种MOFs与氢的分析生成的过剩等温线的叠加图。实心圆代表吸附等温线，空心圆代表解吸等温线。

在图1中，等温线显示了一种现象，即吸附达到最大，并随着压力的增加而减少。这是由于在压力增加的情况下，材料孔隙中的氢密度增加所致。与氦(He)等非吸附气体相比，吸附氢的密度要高得多。

静态容积法

鉴于样品池中测得的气体量取决于氦密度及其随后的自由空间体积（包括孔隙内的体积），因此发现样品池中的自由气体量被高估。当静态容积使用HPVA等技术时，可以看到等温线的最大值。这被用来生成多余的等温线(图1)。

为了建立绝对等温线，计算时必须考虑孔隙体积和气体密度。考虑到这些材料的孔径和分布对大多数用户来说不是即时可用的，剩余等温线将是足够的，并且通常被报道。亚博网站下载

从剩余等温线获得材料储存容量的另一种方法是观察吸附的气体量作为样品重量的函数。为了储存，氢的重量百分比从7%到8%不等。图2显示了权重百分比图的叠加。这些图是基于图1所示的等温线。

图2。在77 K下用氢气分析的各种MOF的重量百分比图。

由于碱性沸石C300在77 K时吸附了最大量的氢，因此在另外两个温度下也对MOF进行了检查。在一次分析中，使用冰浴将样品保持在0°C，而在另一次分析中，通过循环水容器将样品保持在30°C。在这两个实验中，使用氢气在高达200 bar的压力下给样品添加剂量，这是HPVA可获得的最大压力范围。图3显示了剩余等温线，图4显示了重量百分比图。

图3。在0°C（深蓝色）和30°C（浅蓝色）下，基沸石C300上的吸氢量。

图4。在0°C(深蓝色)和30°C(浅蓝色)条件下，氢在C300玄武岩上的重量百分比图。

结论

这个微粉体是评价高比表面积MOFs和其他高微孔材料储氢潜力的合适的研究工具。亚博网站下载由于其广泛的温度范围和它的能力剂量高达200 bar的压力，HPVA适合在复杂的条件下研究样品，同时为用户提供准确的信息。

本信息来源、审查和改编自Micromeritics Instrument Corporation提供的材料。亚博网站下载

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