文 献 综 述

引言

在煤、石油等化石燃料的日益枯竭以及环境污染问题逐渐加重的形式下，人们迫切需要寻找一种二次能源作为代替。氢能被认为是人类未来理想的能源，这是因为：(1)氢具有很高的热值，燃烧1kg氢气产生1.25#215;10⁶kJ热量，相当于3kg汽油或4.5kg焦炭完全燃烧所产生的热量；(2)氢燃烧的产物是水，无污染；(3)氢是宇宙中最丰富的元素，来源广泛，可通过太阳能、风能和地热能等分解水而产生，是可再生能源^[1]。

氢能体系主要包括氢的制备、储存及应用三个环节，而氢的储存是氢能得以推广应用的前提和关键。各国对储氢技术的研究极为重视，美国能源部(DOE)用于储氢技术的费用约占全部氢能研究经费的50%；日本政府制定的1993-2020年的”新阳光计划”中，氢能发电技术的三大内容之一就是开发安全廉价的储氢技术^[2]；我国在”863”高新技术发展规划和”973”基础研究计划中都把储氢材料的研究和开发作为新型材料列入重点研究领域，国务院公布的”国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)”也将高容量储氢材料技术确定为”前沿技术”^[3]。

目前，氢以三种形式储存，即气态高压储氢、深冷液化储氢和固态储氢(储氢材料储氢)。气态储氢是最普遍和最直接的储存方式，但其储氢量小，运输成本高，且存在安全隐患，开发新型轻质复合材料的高压储氢容器是该技术的主要发展方向^[4]。

1、MOFs的概述

金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是由含氧、氮的多齿有机配体与金属原子或金属原子簇以配位键相连接，自组装形成的具有周期性网络结构的类沸石材料^[5]。20世纪90年代中期，美国的Yaghi研究组和日本的Kitagawa研究组等合成出第一代MOFs材料，这些MOFs材料结构还需要客体分子的支撑，如果移除客体分子，MOFs骨架会发生坍塌^[6]。科学家为了解决MOFs的孔道不稳定性开始设计合成第二代MOFs材料。这类MOF材料将阴阳离子和配体组装成配位聚合物，主要以含羧酸

的有机阴离子配体为主，有时还会引入含氮的中性配体^[7]。第二代MOFs在引入或移走客体分子时骨架结构不会发生坍塌。在克服了孔结构稳定性的问题以后，MOFs材料因其具有多种独特性能开始在科学界受到广泛关注。随后，第三代MOFs也诞生了。第三MOFs的孔结构拥有可变性，孔径能随着客体分子体积大小的变化而改变，或在温度、光等外因的诱导下发生改变，被称为会”呼吸”的材料^[8]。第四代的出现更是引导MOFs在功能化应用方面进入新的发展阶段，因为各种后合成或后官能化打开了MOFs在更宽范围应用领域的大口。这种MOFs功能性设计方式为MOFs提供了丰富的结构类型与功能，为MOFs在各个领域的发展开辟了新的道路。