氫氣儲存新選擇，燃料電池車指日可待

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編輯 Lucas H. C. Chao 報導 加州柏克萊大學Jeffery R. Long 教授領導的研究小組成功合成出一種新的吸附材料，由於其化學環境的特殊性，使它對於氫氣的吸附有很不錯的效果，甚至已經超越了美國國家能源部(U. S. Department of Energy)對氫氣吸附的2010年的目標。此新穎材料的發現，亦提示了氣體儲存材料的研究新方向。

有鑑於發展乾淨能源以替代石化燃料，美國國家能源部期望於2010年對於氫氣吸附與儲存能達到6.0 wt % 、45 g/L 的目標，於2015年前提升到9.0 wt %、81 g/L。並配合其他相關領域，以期發展氫氣燃料電池( Fuel Cell)。近年來，氣體儲存研究有三個方向，高壓液化氫氣槽(High-pressure and liquefied hydrogen tank)、金屬氫化物(Metal hydride)、碳基吸附劑(Carbon-based adsorbents )，此三類共同特性為多孔性且具有非常大的表面積，因此可用於吸附大量的氣體。其中，金屬—有機配位子結構(Metal-Organic Frameworks)從眾多材料中脫穎而出。此新穎材料乃利用金屬離子與有機配位子鍵結成三度空間延伸的固體，其具有較大的表面積，進而提供空間吸附氣體。

Jeffery R. Long 所領導的研究小組利用一種三向橋接的有機配位子(Tritopic Bridge Ligand )與錳金屬合成出金屬—有機配位子結構，並且成功獲得晶體結構。因其錳金屬中心具有配位空間未飽和的特性(Coordinatively Unsaturated Metal Center )，使得氫氣進入結構中，能被金屬中心吸引，進而吸附在結構中。實做吸附實驗，發現在 77K、 90 bar環境下氫氣吸附達 6.9 wt %、 60 g/L、 85 %的儲存密度，已達到美國國家能源部期望的2010年的目標。這項研究成果發表於2006年12月的Journal of the American Chemical Society。

以氫負離子(hydride)或是氫分子配位(Binding)在金屬上的錯合物，過往研究中大多使用過渡金屬第二週期以後的元素。但因成本昂貴，較無法商用化。自然界中，已知的氫化酵素(Hydrogenase )多以第一列過渡元素鐵(Fe)、鎳(Ni)金屬為活性中心。雖然根據研究此兩種元素行催化反應時會經過含有氫負離子的過渡態，但因其反應性很強，較適合拿來作為燃料電池材料使用，目前這方面尚待研究闡明機制。Jeffery R. Long 等人則成功使用錳(Mn)當作材料，相較於其他昂貴的元素，錳在成本上亦降低很多，對於商用化較具潛力。

此研究的成員亦有來自General Moters Corp.的人員參與。2006年12月商業週刊亦對General Moters Corp.在燃料電池車領域上捲土重來的報導，似乎揭示了燃料電池車在未來量產可行性。或許，經由不斷改良開發新穎材料，用以替代現有成本昂貴的材料，達到量產的條件，那麼燃料電池車也就能達到提前亮相的時候了。

原始論文：
J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16876-16883 參考來源：

• ACS Publications, Journal of the American Chemical Society: Hydrogen Storage in a Microporous Metal-Organic Framework wi

相關連結：

• EERE Homepage
• EERE: Hydrogen, Fuel Cells, & Infrastructure Techologies Program Homepage

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