énergie gaz hydrogène et du méthane pour les personnes, est le porte-énergie critique actuelle et respectueuse de l'environnement. Cependant, comment le stockage de ces gaz, est un important goulet d'étranglement limitant l'utilisation des gens.
Afin de trouver une meilleure méthode de stockage et de transport de l'hydrogène et le méthane, les scientifiques du monde entier ont fait beaucoup de recherches. Et le métal - composé organique de cadres (cadres de métal-organiques, MOFs) près de 20 ans pour obtenir une nouvelle matière organique attention des scientifiques - matériau poreux hybride inorganique.
Tout récemment, créé par une Northwestern University (Northwestern University) et de l'équipe de recherche dirigée synthétisé un nouveau métal - composé de cadres organiques (le MOF) de porosité ultra-haute et la zone de surface, par rapport à la matière adsorbante classique rapport, plus sûr et plus économique accumulateur de pression plus d'hydrogène et de méthane.
« Nous avons mis au point pour la prochaine génération de véhicules à énergie propre une meilleure méthode de stockage de l'hydrogène et de gaz méthane. » La personne responsable de l'étude, professeur de chimie à l'Université du Nord-Ouest Omar K. Farha a dit: « Nous utilisons des principes chimiques conçu l'arrangement atomique est très matériau poreux précis, réalisant ainsi la porosité ultra-high ".
L'étude a été publiée dans l'un des « Science » le magazine, publié le 17 Avril, laboratoire Omar Farha post-doctoral Anthony Chan est le premier auteur du papier, et un autre professeur de chimie à l'Université du Nord-Ouest, 2016 lauréat du prix Nobel de chimie laboratoire post-doctoral Sir Fraser Stoddart de Li Penghao Ryther et l'Université du Colorado et Anderson Mining part comme le premier auteur du papier. De plus, les chercheurs universitaires et les institutions du Bureau national des normes et de la technologie sont également impliqués. DeepTech a interrogé Omar Farha et Chen Zhijie.
Carte | tir dans le document de recherche « Science » le magazine site officiel (source: Science)
Pourquoi est-hydrogène et de méthane?
Si l'énergie éolienne, la production d'énergie photovoltaïque est la force dominante dans la nouvelle industrie de l'énergie, les étoiles de l'avenir énergétique de l'hydrogène est le secteur de l'énergie. Que vous soyez au courant du tableau périodique, l'hydrogène au premier rang devrait savoir, est le plus petit atome connu. Mais peut-être vous ne savez pas, l'hydrogène est l'espèce la plus répandue de l'univers, ce qui représente 75% de la masse de l'univers, appartient à l'énergie secondaire.
En plus du combustible, la chaleur de combustion de l'hydrogène est de 2,5 fois le GPL, 3 fois celle de l'essence, il se classe première dans divers combustibles. Le plus critique est la combustion de l'hydrogène ne produit pas de dioxyde de carbone, ce qui génère de l'eau de combustion, et l'électrolyse de l'eau et peut produire de l'hydrogène, une source d'énergie propre est réutilisable. Par conséquent, l'hydrogène a toujours été considéré comme l'un des plus porteuse d'énergie idéale dans l'avenir.
Et le méthane dans la terre avec une grande capacité de mémoire, les avantages d'un large éventail de sources, et il a une densité énergétique relativement élevée et des produits de combustion propre. Par conséquent, il est considéré comme le plus d'énergie avantageuse à bord des sources d'énergie alternatives. Cependant, les deux difficultés dans le stockage et le transport de les empêcher d'être largement utilisés.
Pour les véhicules à moteur, par exemple, un atome d'hydrogène et les voitures alimenté en méthane a besoin d'être comprimé à la conduite normale à haute pression. La pression de 700 bar réservoir d'hydrogène ou a besoin 10.000 Psi, ce qui correspond à 300 fois la pression des pneus. En outre, en raison de la faible densité de l'hydrogène pour compléter le coût élevé d'une telle pression: combinée à gaz d'hydrogène hautement inflammable, il y a aussi des répercussions sur la sécurité dans l'utilisation.
Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux adsorbants capables de stocker de l'hydrogène et de gaz méthane dans la voiture à une pression plus basse, ce qui aide les scientifiques et les ingénieurs pour atteindre l'objectif « de développer la prochaine génération de véhicules à énergie propre. » Pour atteindre cet objectif, la taille et le poids du réservoir de carburant du véhicule doit également être optimisé. Dans cette étude, le volume de la matière poreuse et l'hydrogène en poids de la balance et le méthane, permet aux chercheurs de réaliser l'objectif d'un pas de plus.
porosité Omar développé dans le laboratoire de MOFs peut stocker de grandes quantités d'hydrogène et de méthane, et ils sont inférieurs à la pression requise pour les véhicules à pile à combustible courant, délivré au moteur automobile.
« Matériau adsorbant est un liquide ou des molécules de gaz sont adsorbés sur la surface du solide poreux. » Omar Farha a expliqué, « la structure MOF de notre conception, car ses nanopores spéciaux, un gramme de poids de l'échantillon (volume environ six sucre la taille des grains) peut se propager pour couvrir une surface de 1,3 terrain de football ".
(Source: DeepTech)
Une étude des changements possibles dans l'industrie du gaz
MOFs se composent de molécules organiques et des ions métalliques ou des agrégats métalliques, typiquement des molécules organiques contenant du carbone, l'oxygène, l'azote, le phosphore et d'autres éléments, la majeure partie de l'acide carboxylique aromatique, ils sont formés par auto-assemblage cadre poreux multi-dimensionnelle, hautement cristallin,. Son premier prototype ou d'autres matériaux datant de bleu de Prusse.
« Si vous voulez imaginer ce que le ministère des Finances est, vous pouvez penser comme un ensemble de TinkerToys (Lego et les mêmes blocs de circuit). » Omar pour DeepTech a introduit le « où les agrégats métalliques ou ions peuvent être considérés comme un des blocs circulaires ou carrés noeud, la molécule organique est une connexion à barres croisées ".
Le groupe de recherche d'Omar a étudié la chimie et la science des matériaux pour résoudre le problème en utilisant le « positionnement de précision atomique » passionnant de matériaux fonctionnels, des applications couvrant les domaines pertinents de l'énergie et de l'environnement. Ils se sont engagés à comprendre le rôle de la modification du matériau dans les fonctions de structure tridimensionnelle fondamentale et appliquée dans une direction de séparation de stockage de gaz, la catalyse, le traitement de la pollution de l'eau.
« Les dernières recherches, nous avons synthétisé dans le passé sur la base d'un type de MOF est appelé NU-1500. Nous utilisons six éditeur de liens organiques, le fer, l'aluminium, le métal de chrome ou scandium trimère construire ensemble NU -1500. « Omar a déclaré que ces matières premières a montré de bonnes caractéristiques d'adsorption de gaz. Cependant, leur taille et le volume des pores est relativement faible, ce qui limite leur performance en poids.
« Des études antérieures de la relation de ces matériaux est le volume d'absorption du gaz et du poids d'absorption entre inspirer nos contacts et partenaires. Ils peuvent calculer la relation entre la structure et des propriétés similaires au ministère des Finances. » Dit Omar.
Ryther Colorado School of Mines Anderson simuler un certain nombre de comportement d'adsorption de gaz topologie similaire et la taille des pores des lieurs organiques MOF. De leur travail, Omar a trouvé l'équipe n'a jamais avant la synthèse d'un nouveau ministère des Finances, serait prévu pour le méthane et d'hydrogène gazeux a un équilibre souhaitable de poids et le volume des propriétés de stockage. Ensuite, ils ont synthétisé dans le laboratoire du ministère des Finances, et de mesurer leur capacité de stockage du méthane et de l'hydrogène dans des conditions différentes.
Sir Fraser Stoddart postdoctoral Li Penghao responsable de la synthèse de ligands organiques, il est mention vaut que Sir Fraser Stoddart et deux autres scientifiques ont mis au point une machine moléculaire, et donc remporté le prix Nobel de chimie, il a ouvert une nouvelle chimie pour le développement de monde. La machinerie moléculaire est maintenant utilisé dans les nouveaux matériaux, le nouveau système de stockage d'énergie et le développement capteur.
La figure | porosité ultra haute organique et la zone de surface - matériau poreux hybride inorganique (Source: Timur Islamoglu & PAPERS)
Pour la synthèse, des papiers exprimés, ils ont utilisé ce sel de métal solvothermale Préparation MOF-- et un agent de liaison organique dans un récipient scellé, la cuisson dans un four préchauffé. « Matériau d'activation par le dioxyde de carbone supercritique, qui est une porosité très élevée et la surface du matériau MOF méthodes couramment utilisées pour l'activation de notre développement. » Il a dit.
Donc, ce genre de matériel appelé magie, si elle a le potentiel à court terme la production à grande échelle? À cet égard, Omar a déclaré que les priorités actuelles de recherche en laboratoire plus axées sur l'augmentation de la compréhension de base de ces matériaux de personnes sur le plan scolaire et de développer sa structure unique et la nature de la relation de la base de connaissances. « Cependant, d'un point de vue commercial, nous pensons que ce particulier l'expansion des MOF du plus grand coût des matières de ligands organiques synthétiques. » Il a dit, « parce que le trimère métallique est basée sur pas cher et abondante métal tel que l'aluminium, le fer, etc. Bien sûr, si le système de récupération de solvant est introduit, il peut réduire considérablement le coût du solvant organique lors de la synthèse ".
Omar estime que ces matériaux à l'avenir est susceptible d'être grande synthèse commerciale à grande échelle. «J'espère que cette étude peut être mis en service dans les années à venir. » Il a dit: « Je pense que le champ sera le premier à entrer dans l'industrie du stockage de gaz naturel. En fait, il y a quelques technologies avec cylindre ION-X MOFs pour stocker des comprimés sur l'application commerciale de gaz à pression relativement basse est toxique ».
Selon lui, compter sur la sécurité de l'optimisation apporte un matériau MOF changera le stockage du gaz, le transport et le mode de livraison. « Ceci est une étude de l'ensemble de l'industrie du gaz pourrait changer. » Dit Omar.
Le chercheur principal, le premier auteur de la présentation du papier
Carte | gauche Dr Anthony Chan, le droit est le Dr Li Penghao (Source: I)
Anthony Chan fait actuellement laboratoire post-doctoral travail au Département de chimie à l'Université du Nord-Ouest Omar Farha en. Il est entré dans l'École des études de chimie et de génie chimique, Université Jiaotong de Shanghai en 2008, après l'obtention du diplôme en 2012, est allé à un doctorat de l'Université de Technologie de l'Arabie saoudite du roi Abdallah (KAUST). 2018 Ph.D., la recherche post-doctorat a été menée à l'Université du Nord-Ouest.
Ses travaux de recherche est d'étudier les propriétés des composites préparés et trame du tissu commandable fonctionnalisés charge la matière, et l'absorption d'eau dans les applications de surface ultra-haute méthane matériaux poreux de synthèse et de stockage d'hydrogène, l'air, pour un nerf dégradant toxines MOFs de charge de tissu / composites polymères, ainsi que l'évolution des défauts de MOF et d'autres domaines a fait quelques réalisations académiques influentes.
Un autre auteur, Li Penghao également un stagiaire post-doctoral à l'Université du Nord-Ouest, suivi par le prix Nobel étude et le travail Sir J. Fraser Stoddart. Il a étudié à l'Université Nankai de premier cycle en 2007 à 2011 ans, suivie par l'Université de Boston et l'Université de l'Oregon ont reçu un diplôme et un doctorat de maîtrise.
A partir de Août 2017, il a été engagé dans des études post-doctorales à l'Université du Nord-Ouest, principaux thèmes de recherche sont des matériaux poreux organiques synthétiques, ainsi que l'étude et la caractérisation topologique.
