Jie Zhou, Ya-Nan Ma, Yu-Feng Zhang, Bin Zheng, Ke Zheng, Shan Liu, Xin-Ai Guo, Yue-Biao Zhang, and Dong-Xu Xue*. J. Am. Chem. Soc. 2025, ASAP. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c04567.
设计合成兼具高质量比和体积比甲烷存储工作能力的单一MOF材料对于推动天然气用于车辆运输具有重要的意义，但是具有很大的挑战性。这是由于单一多孔材料的质量比和体积比甲烷总吸附量之间存在着trade-off效应。高连接三基元MOF结构在同网络扩展时，晶体密度往往下降缓慢，材料的质量比表面积和体积比表面积往往都高，有望获取质量比和体积比总甲烷吸附量同高的多孔材料。
图1. 九连接ncb型MOF平台构建示意图。
图2.系列材料的(a)氮气吸附等温线；(b)和(c)分别为总质量比和总体积比在273K的高压甲烷吸附等温线；(d)质量比和体积比甲烷存储工作能力对比图。
在这里，通过合成一个全新的吡啶-羧酸配体，联合三核铁簇及其系列不同长度或功能化的二羧酸配体，使用双溶剂体系和双调制剂的溶剂热原理，我们成功构建了一个九连接三基元MOF平台。通过单晶X射线衍射技术，对制备的五个MOF材料的结构进行了解析。结果表明，均为ncb型拓扑网络，含有笼子-通道双孔多级孔结构，且不含开放金属位点。
通过多步溶剂交换并结合超临界二氧化碳活化法，该系列材料得到了成功活化，获得了可观的多孔性。其中孔体积在1.90 cm³ g⁻¹以上，质量比表面积超过4800 m² g⁻¹，体积比表面积也大于1600 m² cm⁻³。80巴高压甲烷吸附性能测试表明，系列材料呈现较高的总质量比和体积比甲烷吸附能力。特别地，当测试温度降低至273K，这些材料的总质量比和体积比甲烷吸附量增加显著。其中，通过最长二羧酸连接体构筑的Fe-ncb-TPDC-II，其质量比和体积比甲烷存储工作能力分别达到0.533 g g-1，232 cm3 (STP) cm-3，相似条件下在报道的多孔材料中表现非常突出。该研究为制备高效天然气存储材料提供了新的思路。
第一作者：陕西师范大学硕士研究生周洁
通讯作者：陕西师范大学薛东旭教授
全文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c04567
