综述：抓住无形之物：氢储存的先进材料

这篇综述全面评述了氢储存技术的最新进展，系统比较了物理吸附（如MOFs、COFs）与化学储存（如金属氢化物、LOHCs）方法的性能差异，重点分析了各种材料在储氢容量（wt%）、动力学性能和热力学特性方面的突破与挑战，为下一代储氢系统的设计提供了量化依据。

　　

氢储存技术的前沿进展

物理氢储存方法

压缩氢储存采用350-700 bar的高压容器，Type IV复合罐体虽能减轻重量，但碳纤维材料成本高昂，且压缩能耗占氢能含量的10%-15%。低温液态氢在-253°C下可实现高密度储存，但液化过程消耗30%-40%的氢能量，并存在蒸发损失风险。混合低温压缩技术结合了压缩与低温优势，在30-50 MPa和70-80 K条件下实现72.53 kg/m³的超高密度， dormancy时间延长至数周。

多孔材料吸附领域，MOF-210在77 K下展现17.6 wt%的卓越性能，而MOF-74(Mn)因开放金属位点（open metal sites）在298 K仍保持2.4 wt%的实用容量。碳纳米管遵循Chahine规则（500 m²/g对应1 wt%），而功能化石墨烯通过π-π相互作用增强氢结合能至8-12 kJ/mol。

化学氢储存的创新突破

镁氢化物（MgH₂）纳米化使其脱氢温度从350°C降至250°C，Ti掺杂NaAlH₄体系通过可逆相变实现5.8 wt%的循环容量。液态有机载体（LOHC）中，二苄基甲苯（DBT）在180-300°C释放氢气，而甲酸（HCOOH）光催化分解在90°C即可产氢，转化频率（TOF）达25 h^-1。硼氢化物（LiBH₄）与MgH₂组成的复合体系，通过纳米限域效应将脱附焓降低2.84 kJ/mol H₂。

系统优化与未来挑战

Claude循环制冷系统将液化能耗降至5.62 kWh/kg LH₂，而MXene基催化剂使脱氢活化能减少40%。当前技术仍面临DOE目标差距——多数材料在298 K时容量<3 wt%，且循环稳定性不足（如MgH₂经100次循环衰减20%）。未来需开发兼具>15 kJ/mol吸附能和快速动力学的多功能材料，并解决LOHC载体再生、金属氢化物热管理等工程化难题。

纳米结构的设计革命

7 nm MgH₂颗粒通过表面效应将脱附熵降至129.6 J mol^-1 K^-1，而石墨烯负载的TiH₂纳米片（50 nm）在80°C实现5 wt%的可逆储氢。MOF-74的锰金属位点通过电荷转移将H₂结合能提升至22.1 kJ/mol，远超传统物理吸附的4-8 kJ/mol范围。

能量效率的平衡艺术

低温吸附系统的能量效率可达52.8%（Claude循环），但室温操作时骤降至<10%。液态氢的全链条效率约60%，而LOHC因吸热脱氢反应损失30-40%能量。新兴的光驱动储氢技术直接利用太阳能，但量子效率仍需从现有0.5%提升至商业化要求的5%以上。

经济性与规模化瓶颈

高压储氢罐成本达700/kgH₂，而MOF材料合成价格阻碍其万吨级应用。NaBH₄水解体系的催化剂成本占系统总投入6020/kg的批量生产，可能率先在分布式储能领域突破。

环境足迹的隐性成本

碳纤维生产导致压缩储氢的碳足迹达2057 kg CO₂-eq/kg H₂，而液态氢基础设施的GWP（全球变暖潜值）比LOHC高3倍。生物质衍生多孔碳将吸附材料的生命周期排放降低70%，凸显可持续发展路径的重要性。