創新MOF材料可捕獲甲烷、CO2

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-04-15

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MOF材料可用於氣體吸附，能穩定地儲存甲烷。圖／美聯社、網路

以MOF料料儲存及運送氣體，比傳統輸氣管線更安全。圖／美聯社、網路

MOF材料為剛性的籠狀結構。圖／美聯社、網路

編譯／韋士塔

美國麻省理工學院（MIT）的科學家使用電腦模型，設計超穩定的金屬有機框架（MOF）材料，具有剛性籠狀結構，適用於氣體吸附、藥物輸送；若能妥善調整其架構模塊或排列方式，未來可望開發出不同用途的MOF，應用於溫室氣體捕獲、天然氣輸送等領域。

特殊設計MOF為多孔結構，非常適合與氣體相關的應用領域，例如：氣體儲存、將類似氣體分離，或將一種氣體轉化為另一種氣體。近來，科學家們也開始探索利用MOF在體內輸送藥物或顯像劑。

MIT化學與化學工程副教授庫利克（Heather Kulik）指出，MOF由鋅或銅等金屬原子或原子簇構成一維、二維或三維的結構，可用於氣體吸附、氣體儲存、氣體分離、催化劑等領域；這些原子可以透過多種不同的方式組合在一起，就像樂高積木一樣。樂高積木的類型及組裝方式，千變萬化，MOF也是如此，可能會出現數萬種不同MOF材料的組合。挑選不同組裝方式，就有機會控制MOF的整體結構。

庫利克表示，並非所有MOF結構的穩定程度，都足以用於催化反應或儲存氣體；目前設計MOF最常見的方法是反覆試驗，較少考慮其穩定性。

為了幫助研究人員找出哪些MOF結構最適合使用，MIT的研究人員彙整數千篇關於MOF的論文後，開發了一種計算方法來預測不同MOF結構的穩定性。研究團隊使用數據及機器學習模型，來構建高穩定性的MOF架構模塊，幫助其他研究人員事先了解材料的穩定性。

MIT研究團隊使用的計算模型，依據MOF結構的熱穩定性、活化穩定性來研判其穩定性。研究團隊也篩選不同結構的可交付能力（deliverable capacity），也就是評估某種材料儲存及釋放氣體能力的指標。目前，研究團隊已確認約1萬種「超穩定」的MOF結構，具有良好的甲烷輸送能力，有助將其從大氣中移除或將其轉化為甲醇。

研究團隊指出，甲烷是天然氣的主要成分，是地球上最豐富的有機化合物之一，可被儲存並為建築物供暖、為天然氣汽車提供動力、烹飪食物以及用於許多工業製程。然而天然氣的運輸及儲存，可能很困難、昂貴且有風險。

目前最常見的方式是把天然氣以超低溫（cryogenics）方式液化，接著在常壓下以特製的運輸船、管線或車輛，運送至遙遠地區，再把液化天然氣氣化，來供應市場需求。

新的MOF材料有望以較低的壓力，以及更高的溫度下，將甲烷儲存在車載車輛中，有助科學家、工程師實現新一代清潔能源汽車燃料的目標。

此外，若能開發出一種具有成本效益的甲烷儲存方法，可望進一步擴大再生能源的應用範圍，例如：捕獲農場動物、垃圾掩埋場及石油開採過程產生的甲烷，並將其轉換為能源。

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