武汉大学团队研发出超高比表面积COFs，刷新甲烷吸附性能记录

文章报道了两种具有罕见自催化alb-3,6-Ccc2拓扑结构和1.1纳米孔径的三维共价有机框架（COFs）。这些材料展现出了高比表面积（约4400平方米/克）和体积比表面积（约1900平方米/立方厘米），并且在100 bar和298 K条件下，甲烷吸附量高达264立方厘米（标准温度和压力）每立方厘米。

1. 研究背景

领域概述：该研究涉及气体存储领域，特别是甲烷储存，这是一个对于实现碳中和目标具有重要意义的领域。现有的甲烷储存方法依赖于高压压缩，而吸附天然气技术提供了一种更安全、经济、环保的替代方案。

研究意义：这项研究对于开发新型高密度甲烷储存材料具有重要意义，可能对能源储存和环境可持续性产生影响。

2. 目的与假设

研究目标：开发具有超高比表面积和适宜孔径的多孔材料，以实现高效甲烷吸附。

假设前提：假设通过设计和合成具有特定拓扑结构的三维COFs，可以实现超高的比表面积和体积比表面积，从而提高甲烷吸附性能。

3. 材料与方法

新材料设计：研究使用了1,3,5-trimehyl-2,4,6-tri[3,5-di(4-aminophenyl1-yl)phenyl-1-yl]benzene (TAPB-Me) 和 1,3,5-triformylbenzene (TFB) 作为构建块，通过聚合反应合成了两种三维COFs。

实验设计：实验使用了傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固体核磁共振（ssNMR）谱、粉末X射线衍射（PXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和连续旋转电子衍射（cRED）技术来表征材料的结构和性能。

4. 结果与分析

数据展示：通过PXRD和cRED技术，研究者成功确定了两种COFs的高结晶性结构。

结果解读：两种COFs展现出了优异的甲烷吸附性能，其中3D-TFB-COF-Et的体积工作能力在所有报道的多孔晶体材料中最高。

比较与对比：与现有的多孔材料相比，这两种COFs在甲烷吸附性能上具有显著优势。

5. 讨论

创新点与贡献：研究成功合成了具有超高比表面积和适宜孔径的三维COFs，为甲烷储存提供了新的材料选择。

局限性：研究主要集中在COFs的合成和甲烷吸附性能上，对于其他气体的吸附性能尚未涉及。

未来方向：研究可能会探索这些COFs在其他气体储存和分离领域的应用。

6. 结论

核心发现：两种新型三维COFs展现出了优异的甲烷吸附性能，其中3D-TFB-COF-Et的体积工作能力在所有报道的多孔晶体材料中最高。

实际应用潜力：这些发现为开发新型高效甲烷储存材料提供了新途径，可能对能源储存和环境可持续性产生重要影响。