由于其零排放和高重量能量密度，氢通常被视为未来的燃料，这意味着与汽油相比，它每单位质量可以储存更多的能量。然而，其体积密度低，意味着它占用大量空间，给高效存储和运输带来挑战。

为了解决这些缺陷，氢气必须在储罐中压缩至 700 巴，这个压力非常高。这种情况不仅会导致高成本但也引发了安全问题。

为了普及氢动力燃料电池汽车（FCV），美国能源部（DOE）制定了具体目标储氢系统：储存材料重量的6.5%应为氢气（重量储存容量为6.5 wt%），一升储存材料应容纳50克氢气（体积储存容量为50 g L^Ø1）。这些目标确保车辆能够行驶合理的距离而无需过多的燃油。

实现这些目标的一项有前景的策略是开发多孔吸附材料，例如金属有机骨架（MOF）、共价有机框架（COF）和多孔有机聚合物（POP）。所有这些材料都有一个共同的特点：它们具有多孔结构，可以有效地捕获和储存氢气。该方法还旨在促进较低压力（例如 100 bar 以内）的氢气储存。

尽管在超越美国能源部的重量目标方面取得了进展，但许多吸附剂材料仍然难以满足体积容量需求，而且很少有材料能够平衡体积和重量目标。从工业角度来看，体积容量比重量容量更重要，因为车辆储罐的空间有限。

储氢系统的体积直接影响燃料电池汽车的续驶里程。因此，开发能够最大化体积容量同时保持优异的重量容量的氢吸附剂至关重要。实现这一目标需要平衡同一材料内的高体积和重量表面积。

研究人员正在研究各种用于储氢的材料，其中有机超分子晶体通过非共价相互作用由有机分子组装而成，由于其可回收性，成为一种有前途的选择。然而，它们的潜力在很大程度上尚未开发，因为设计具有平衡的高重量和体积表面积并同时保持稳定性的超分子晶体是困难的。

一种称为串联的现象，涉及多孔材料中的机械互锁网络，通常可以增强稳定性。然而，串联通常会减少表面积通过阻挡可接触的表面，使材料的孔隙较少，并且通常不适合储氢。通常会努力减少或避免这种情况。

为了释放超分子晶体储氢的潜力，由 Fraser STODDART 教授领导的合作研究团队与香港大学化学系的研究助理教授 Chun Tang 博士、Ruihua 张瑞华博士合作，和美国西北大学化学与生物工程系的Randall Snurr教授展示了一种受控的“点接触串联策略”。

该研究是发表在日记中自然化学。

这种创新方法使用氢键，其横截面可以看作是一个“点”，而不是传统的[Ïâ····Ï]堆叠，后者涉及大的“表面”重叠，以精确的方式引导超分子中的串联晶体。基于这一策略，研究人员创建了一个组织良好的框架，最大限度地减少互穿引起的表面损失，并调整孔径（~1.2-1.9 nm）以实现最佳的储氢效果。

结果，研究小组获得了具有创纪录重量的超分子晶体（3,526 m2克^Ø1）和平衡体积（1,855 m²厘米^Ø3）所有报道的（超）分子晶体中的表面积，除了高稳定性之外，同时（i）带来优异的材料级体积容量（53.7 g L^Ø1），（ii）在实际压力和温度波动条件（77 K/100 bar – 160 K/5 bar）下平衡储氢的高重力容量（9.3 wt%），以及（iii）超越 DOE 最终系统 -^{水平目标（50 g LØ1}尽管是在低温下，但体积和重量上的含量分别为 6.5 wt%和 6.5 wt%。^创新设计设计平衡高重量和体积表面积，同时保持高稳定性的有机超分子晶体是一项重大挑战，这阻碍了其在许多应用中的潜力。

然而，该团队提出了一种点接触串联策略，利用涉及氢键的点接触相互作用来最大限度地减少串联过程中的表面损失。

这种设计策略赋予这些超分子晶体平衡的高体积和重量表面积、高稳定性以及用于储氢的理想孔径。

这项研究释放了有机超分子晶体作为机载储氢的有希望的候选者的潜力，并强调了定向串联策略在设计坚固的多孔材料的应用中的潜力。

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