(纯计算)北大材料学院孙强团队J. Am. Chem. Soc.: 设计具有开放金属位点的多孔碳化钛储氢材料

主要观点总结

北京大学材料科学与工程学院孙强教授课题组在J. Am. Chem. Soc.上发表了关于设计多孔钛碳化物用于近环境条件下储氢的研究论文。论文的第一作者为程杰玮。该研究提出了一种新策略，通过引入惰性气体作为空间占位符，设计具有开放金属位点的多孔碳化钛材料，以实现近环境条件下的高效储氢。该策略能够避免传统掺杂金属原子修饰材料表面的聚集问题，并可用于设计其他新型多孔材料以捕获其他分子。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

氢能的高能量密度、可再生、零碳排放等优点使其成为下一代能源的主要候选之一。然而，如何实现高效、清洁的氢储存是当前的挑战，尤其是如何达到美国能源部的储存目标。

关键观点2: 研究重点

本研究通过引入机器学习和图论辅助的晶体结构搜索方法MAGUS，结合密度泛函理论拟合力场巨正则蒙特卡罗模拟，提出了一种新策略来实现在近环境条件下具有本征OMS多孔材料的可控设计用于储氢。

关键观点3: 研究成果

研究从TiC二聚体、C原子和Kr原子三种前驱体中获得了28种多孔碳化钛。其中，p-TiC 2 具有动态稳定性和热稳定性，表现出高储氢性能，近环境条件下准分子吸附容量为4.0 wt%和106.0 g/L。

关键观点4: 研究策略的优势

该策略与传统掺杂金属原子修饰材料表面的方法不同，能够在多孔材料的本征骨架中引入开放的金属位点，从而避免聚集问题。这种策略具有广泛的应用前景，不仅可以用于设计储氢的新型多孔材料，还可以用于捕集其他分子。

文章预览

近日， 北京大学材料科学与工程学院孙强教授课题组及其合作者在J. Am. Chem. Soc.发表了研究论文，题目为《Introducing Noble Gas as Space Holder under High Pressure to Design Porous Titanium Carbides with Open Metal Sites for Hydrogen Storage at Near-Ambient Conditions》，论文的第一作者为程杰玮。 氢能以其高能量密度、可再生、零碳排放等优点被认为是最有前途的下一代能源形式之一。然而，在实现清洁和高效氢经济的诸多挑战中，一个主要障碍是如何同时具有高重量和高容量的氢气储存。美国能源部（DOE）设定了到2025年储存5.5 wt%和40 g/L氢气的目标，以及最终目标要求储存6.5 wt%和50 g/L氢气。要求的工作温度范围为-40℃~60℃。由于在近环境条件下储存能量和释放动力学之间的权衡，最佳吸附能量窗口在20~80 kJ/mol范围内。因此，氢与材料的结合需要介于物理吸附和化学吸附之间，这 ………………………………