हाइड्रोजन को अक्सर इसके शून्य-उत्सर्जन और उच्च गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनत्व के कारण भविष्य के ईंधन के रूप में देखा जाता है, जिसका अर्थ है कि यह गैसोलीन की तुलना में प्रति यूनिट द्रव्यमान में अधिक ऊर्जा संग्रहीत करता है।हालाँकि, इसके कम वॉल्यूमेट्रिक घनत्व का मतलब है कि यह बड़ी मात्रा में जगह लेता है, जिससे कुशल भंडारण और परिवहन के लिए चुनौतियाँ पैदा होती हैं।

इन कमियों को दूर करने के लिए, हाइड्रोजन को टैंकों में 700-बार दबाव तक संपीड़ित किया जाना चाहिए, जो बहुत अधिक है।यह स्थिति केवल उत्पन्न ही नहीं होतीऊंची कीमतेंलेकिन सुरक्षा संबंधी चिंताएं भी बढ़ाता है।

हाइड्रोजन-संचालित ईंधन-सेल वाहनों (एफसीवी) को व्यापक बनाने के लिए, अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) ने विशिष्ट लक्ष्य निर्धारित किए हैंहाइड्रोजन भंडारण प्रणालियाँ: भंडारण सामग्री के वजन का 6.5% हाइड्रोजन (6.5 wt% की गुरुत्वाकर्षण भंडारण क्षमता) होना चाहिए, और एक लीटर भंडारण सामग्री में 50 ग्राम हाइड्रोजन (50 ग्राम एल की वॉल्यूमेट्रिक भंडारण क्षमता) होना चाहिए^â1).ये लक्ष्य सुनिश्चित करते हैं कि वाहन अत्यधिक ईंधन के बिना उचित दूरी तय कर सकें।

इन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए एक आशाजनक रणनीति झरझरा अवशोषक सामग्री विकसित करना है, जैसेधातु-कार्बनिक ढाँचे(एमओएफ), सहसंयोजक कार्बनिक ढांचे (सीओएफ), और छिद्रपूर्ण कार्बनिक पॉलिमर (पीओपी)।इन सभी सामग्रियों में एक सामान्य विशेषता है: उनमें एक छिद्रपूर्ण संरचना होती है जो उन्हें हाइड्रोजन गैस को प्रभावी ढंग से फंसाने और संग्रहीत करने की अनुमति देती है।इस दृष्टिकोण का उद्देश्य कम दबाव पर हाइड्रोजन भंडारण की सुविधा प्रदान करना भी है, जैसे कि 100 बार के भीतर।

डीओई के ग्रेविमेट्रिक लक्ष्य को पार करने में प्रगति के बावजूद, कई अधिशोषक सामग्रियां अभी भी वॉल्यूमेट्रिक क्षमता की जरूरतों को पूरा करने के लिए संघर्ष कर रही हैं, और कुछ वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक लक्ष्य दोनों को संतुलित कर सकते हैं।औद्योगिक दृष्टिकोण से, ग्रेविमेट्रिक क्षमता की तुलना में वॉल्यूमेट्रिक क्षमता अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि वाहन भंडारण टैंक में सीमित स्थान होता है।

हाइड्रोजन भंडारण प्रणाली की मात्रा सीधे एफसीवी की ड्राइविंग रेंज को प्रभावित करती है।इसलिए, उत्कृष्ट गुरुत्वाकर्षण क्षमता को बनाए रखते हुए वॉल्यूमेट्रिक क्षमता को अधिकतम करने वाले हाइड्रोजन अधिशोषक विकसित करना आवश्यक है।इस लक्ष्य को प्राप्त करने में एक ही सामग्री के भीतर उच्च वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक सतह क्षेत्र को संतुलित करना शामिल है।

शोधकर्ता हाइड्रोजन भंडारण के लिए विभिन्न सामग्रियों की जांच कर रहे हैं, जिसमें गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं के माध्यम से कार्बनिक अणुओं से कार्बनिक सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल संयोजन शामिल है, जो उनकी पुनर्चक्रण क्षमता के परिणामस्वरूप एक आशाजनक विकल्प है।हालाँकि, उनकी क्षमता काफी हद तक अप्रयुक्त रहती है, क्योंकि स्थिरता बनाए रखते हुए संतुलित उच्च ग्रेविमेट्रिक और वॉल्यूमेट्रिक सतह क्षेत्रों के साथ सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल को डिजाइन करना मुश्किल है।

कैटेनेशन के रूप में जानी जाने वाली एक घटना, जिसमें झरझरा सामग्रियों में यांत्रिक रूप से इंटरलॉक किए गए नेटवर्क शामिल होते हैं, आमतौर पर स्थिरता को बढ़ाते हैं।हालाँकि, कैटेनेशन अक्सर कम हो जाता हैसतह क्षेत्रफलसुलभ सतहों को अवरुद्ध करके, सामग्री को कम छिद्रपूर्ण और आम तौर पर हाइड्रोजन भंडारण के लिए अवांछनीय बना दिया जाता है।आमतौर पर इसे कम करने या इससे बचने के प्रयास किये जाते हैं।

हाइड्रोजन भंडारण के लिए सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल की क्षमता को उजागर करने के लिए, हांगकांग विश्वविद्यालय (एचकेयू) के रसायन विज्ञान विभाग से अनुसंधान सहायक प्रोफेसर, डॉ. चुन तांग, डॉ. रुइहुआ झांग के साथ प्रोफेसर फ्रेजर स्टोडार्ट के नेतृत्व में एक सहयोगी अनुसंधान टीम का गठन किया गया।, और नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी, यूएस के केमिकल और बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर रान्डेल स्नूर ने एक नियंत्रित "बिंदु-संपर्क श्रृंखलन रणनीति" का प्रदर्शन किया।

शोध हैप्रकाशितजर्नल मेंप्रकृति रसायन शास्त्र.

इस नवीन दृष्टिकोण का उपयोग करता हैहाइड्रोजन बांड, जिसके क्रॉस-सेक्शन को पारंपरिक [Ï···Ï] स्टैकिंग के बजाय एक "बिंदु" के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें सुपरमॉलेक्यूलर में सटीक तरीके से कैटेनेशन का मार्गदर्शन करने के लिए बड़े "सतह" ओवरलैप शामिल होते हैं।क्रिस्टल.इस रणनीति के आधार पर, शोधकर्ता एक सुव्यवस्थित ढांचा बनाते हैं जो इंटरपेनेट्रेशन के कारण होने वाली सतह की हानि को कम करता है और इष्टतम हाइड्रोजन भंडारण के लिए छिद्र व्यास (~ 1.2-1.9 एनएम) को समायोजित करता है।

परिणामस्वरूप, शोध दल ने रिकॉर्ड-उच्च ग्रेविमेट्रिक (3,526 मीटर) वाला एक सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल प्राप्त किया2जी^â1) और संतुलित आयतन (1,855 मी²सेमी^â3) सभी रिपोर्ट किए गए (सुप्रा) आणविक क्रिस्टल के बीच सतह क्षेत्र, उच्च स्थिरता के अलावा, जबकि (i) उत्कृष्ट सामग्री-स्तर वॉल्यूमेट्रिक क्षमता (53.7 ग्राम एल) लाता है^â1), (ii) व्यावहारिक दबाव और तापमान परिवर्तन की स्थिति (77 K/100 बार â 160 K/5 बार) के तहत हाइड्रोजन भंडारण के लिए उच्च गुरुत्वाकर्षण क्षमता (9.3 wt%) को संतुलित करना, और (iii) DOE अल्टीमेट सिस्टम को पार करना-^{स्तर लक्ष्य (50 ग्राम एलâ1}और 6.5 wt%) वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक दोनों रूप से, क्रायोजेनिक तापमान पर भी।^{अभिनव डिजाइन}उच्च गुरुत्वाकर्षण और वॉल्यूमेट्रिक सतह क्षेत्रों को संतुलित करने के साथ-साथ उच्च स्थिरता बनाए रखने वाले कार्बनिक सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल को डिजाइन करना एक महत्वपूर्ण चुनौती है, जिसने कई अनुप्रयोगों के लिए इसकी क्षमता में बाधा उत्पन्न की है।

हालाँकि, टीम ने एक पॉइंट-कॉन्टैक्ट कैटेनेशन रणनीति प्रस्तावित की है जो कैटेनेशन के दौरान सतह के नुकसान को कम करने के लिए हाइड्रोजन बॉन्डिंग से जुड़े पॉइंट-कॉन्टैक्ट इंटरैक्शन का उपयोग करती है।

यह डिज़ाइन रणनीति इन सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल को संतुलित उच्च वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक सतह क्षेत्रों, उच्च स्थिरता और हाइड्रोजन भंडारण के लिए आदर्श छिद्र आकार प्रदान करती है।

यह शोध ऑनबोर्ड हाइड्रोजन भंडारण के लिए आशाजनक उम्मीदवारों के रूप में कार्बनिक सुपरमॉलेक्यूलर क्रिस्टल की क्षमता को उजागर करता है और अनुप्रयोगों के लिए मजबूत छिद्रपूर्ण सामग्री को डिजाइन करने में एक दिशात्मक कैटेनेशन रणनीति की क्षमता पर प्रकाश डालता है।

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