高容量甲烷气体吸附材料的设计和制备

Xinjiang autonomous prefecture is very important in our country’s energy strategy, the confirmed storage of natural gas is on the top. . Compared with gasoline, methane (major ingredient of natural gas) evenly distribute and has lower carbon emission, and scientists confirmed that it’s the most promising substituent of auto fuel. In order to dissolve methane’s low energy density deficient, we need to design high methane storage material and dissolve the intrinsic thermal problem..In this project, based on published theoretical result, we design polycyclic aromatic derivative as organic unit and coordinate with different kinds of metal ion to prepare MOFs which may have high methane storage properity; Then we composite the MOFs with carbon nano materials(CNM) to form CNM-MOFs composite. These composites have a higher capacity for methane and better mechanical property than MOFs itself. From this project, it will be a great success for Xinjiang’s natural gas safe transportation and used as auto fuel.

新疆在国家能源战略中具有重要地位，现已探明的天然气（主要成分甲烷）储量全国居首位。相对于汽油，甲烷具有广泛的可用性和低碳排放，目前认为是汽车动力燃料最重要的替代品。但天然气有其自身的缺点：体积能量密度低。要解决这一问题的关键是设计制备高容量的甲烷气体吸附材料。本项目以文献的理论计算为依据，拟设计合成含有大π稠环芳香体系衍生物应用于合成有机框架物（MOFs）多孔材料，用于甲烷气体的吸附储存；然后进一步以文献的理论计算结果为指导，将碳纳米材料（富勒烯，碳纳米管等）与MOFs进行复合，制备碳纳米-MOFs复合材料，并对所制备的复合材料进行气体（主要是甲烷气体）的吸附性能进行测试；通过辅助表征手段，对吸附的机理进行探讨。将碳纳米材料复合到MOFs,不仅可以提高甲烷吸附量，同时利用碳纳米材料硬度大，强度高的性质，解决MOFs材料容易塌陷的缺点。通过这一研究项目，将为新疆能源的输送和安全利用打下基础。

本项目设计合成含有大π稠环芳香化合物并应用于制备有机框架物（MOFs）多孔材料。我们设计了以三蝶烯为母体的多羧基取代衍生物，并用于制备MOFs材料，对其进行了包括比材料表面积，光电性质，光催化性能的研究；同时也将制备的MOFs材料与富勒烯进行结合，发现富勒烯的引入能很好的调节材料的光电性质。以本项目为依托开展了稠环芳烃富勒烯与心环烯相关的研究，合成了具有特殊光电性质的稠环芳烃衍生物和内装卤素负离子的富勒烯衍生物。依托本项目支撑发表了包括Angewandte Chemie International Edition、dyes and pigments、Science China Chemistry等具有国际影响力的期刊10篇和1件中国专利。