乙酸锚定全配位金属有机框架材料的成核-生长动力学调控实现高效储氢技术经济突破

来自中国的研究人员通过"减速成核动力学(denuk)"策略(knucleation/kgrowth=0.0002)，成功合成具有完全配位结构的MOF-808-0.5AA-mm材料。该材料在77K/100bar条件下实现50g L-1的体积储氢容量，2000次循环后仍保持100%储氢性能。结合NPD、GCMC和DFT研究揭示了氢分子在材料中的分级吸附机制，集成系统测试显示其储氢成本较液态氢降低45%（2.34$ kgH2-1），为空间受限场景下的氢能存储提供了新型解决方案。

　　

在储氢材料领域，精确解耦成核与生长动力学始终是制备高性能金属有机框架(MOFs)的重大挑战。研究团队创新性地采用减速成核动力学策略(denuk)，通过将成核与生长速率比(k_nucleation/k_growth)控制在0.0002，成功制备出乙酸修饰的全配位MOF-808材料(MOF-808-0.5AA-mm)。该材料在低温高压条件(77K/100bar)下展现出惊人的50克每升体积储氢容量，并保持2000次充放循环零衰减的卓越稳定性。

借助先进的原位中子粉末衍射(NPD)技术，结合巨正则蒙特卡洛模拟(GCMC)和密度泛函理论计算(DFT)，科研人员首次揭示了氢分子在该材料中的分级吸附机制：低压时氢优先占据小型四面体笼(位点I)，随着压力升高逐步填充大型金刚烷笼(位点II)。基于此材料构建的100克级固态储氢系统与200瓦燃料电池集成测试显示，其具有超快的氢吸附/释放动力学特性，100次循环后容量保持率仍达100%。

技术经济分析(TEA)表明，该MOF材料的平准化储氢成本低至2.34美元每千克氢气(kg_H2^?1)，较传统液态储氢技术(4.3kg_H2^-1)降低45%，已接近压缩气体储氢(0.9-1.2$ kg_H2^-1)的经济性水平。这项研究开创了结晶控制新范式，为开发兼具高容量、机械强度、长寿命和成本优势的MOF吸附剂提供了全新思路，特别适用于对空间敏感、充放速度要求严苛的氢能应用场景。