Nature子刊：MOF打破甲烷存储纪录！

以甲烷为主要成分的天然气，由于低碳 / 氢比，低 CO2 排放，在替代汽车所使用的传统化石燃料方面，具有重大应用前景。

问题在于：甲烷能量密度较低，必须开发新型多孔固体吸附材料，使甲烷在室温下以固体的形式储存。

图 1. MOF 储存甲烷的研究综述

Peng Yang. Omar K. Farha, and Taner Yildirim et al. Methane storage in metal–organic frameworks: current records, surprise findings, and challenges. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11887–11894.

2012年，美国能源部定下室温吸附容量达到 263 cm ³ （ STP ） cm ^-3 的应用目标。通过对 137,953 种假设的 MOF 结构和 4700 多种已经合成的 MOF 结构进行模拟计算，发现 MOF 对甲烷的最大吸附容量可以达到 267 cm ³ （ STP ） cm ^-3 。然而，理论计算并没有考虑封装和密实化等实际操作工艺。至今为止，甲烷最高吸附容量仅达到 180 cm ³ （ STP ） cm ^-3 。

因此，开发新材料，提高甲烷储存容量，是天然气高效利用的关键问题！

有鉴于此， David Fairen-Jimenez 等人利用溶胶凝胶法合成了一种单片式 MOF 材料，打破了现有 MOF 材料甲烷储存容量的纪录！

图 2. 单片式 MOF 合成工艺

研究人员以 HKUST-1 作为模型材料，基于长期以来的合成、封装和模式化经验，在不利用高压和粘结剂的条件下，制备得到了尺寸结晶 1 cm ³ 的单片式 MOF 材料。

图 3. 单片式 MOF 与粉末状 MOF 对比

经过封装和密实化处理之后，这种单片式 MOF 材料的甲烷储存容量高达 259 cm ³ （ STP ） cm ^-3 。这个数值比之前所有报道的多孔固体材料的最佳甲烷吸附容量还要高 50% 以上。