天然气，以甲烷为主要成分，不仅储量充裕、成本效益高，而且在替代传统能源方面展现出巨大潜力。然而，甲烷的储存目前仍依赖于价格昂贵的大型储罐和多级别压缩系统。吸附式天然气（ANG）存储技术通过在燃料箱中使用纳米多孔材料作为吸附剂，利用物理吸附提升能量密度，从而在降低存储压力的同时增加存储效率。因而，研究和开发高性能吸附剂显得尤为关键。
图 1. 通过DBM溶剂编织策略和相应的构建单元合成SHCPs的途径。
近期，华中科技大学化学与化工学院的谭必恩教授研究团队开发了一种创新的慢速编织策略，这一策略能在较低的催化剂用量下制备出具有极高比表面积的超交联微孔聚合物（HCP）。研究中，他们使用二溴甲烷（DBM）替代了传统的二氯甲烷（DCM）作为溶剂，并采用0-80°C的梯度加热来构建具有更大孔隙率的HCP。DBM由于其较低的Friedel-Crafts烷基化反应活性，提供了更可控的编织速率，促进了更深层次的交联反应。通过这种新策略，所得HCP的比表面积相较于旧方法提升了44%至120%，特别是由1,3,5-三苯基苯合成的SHCP-3-Br显示了最高的比表面积（3120 m²/g）。
图 2. SHCPs的氮气吸脱附等温线、孔径分布图以及由溶剂编织法制备的HCPs的SBET与催化剂/单体摩尔比的关系。
图 3. SHCP-3-Br和SHCP-3-Cl在273 K与298 K时的质量和体积甲烷吸脱附等温线以及甲烷工作容量的对比。
高压甲烷吸附测试显示，SHCP-3-Br在273 K和298 K下的质量和体积容量显著优于SHCP-3-Cl，这主要得益于SHCP-3-Br更高的比表面积和更大的孔体积。在273 K/100 bar的条件下，SHCP-3-Br展现出的甲烷总吸附量为0.53 g/g（232 cm³ (STP)/cm³），质量容量超过了美国能源部（DOE）的存储目标（0.5 g/g），这标志着其在商业化ANG技术应用中的潜力。综合来看，SHCP-3-Br凭借其超高孔隙率和卓越的成本效益，有望成为大规模车用甲烷存储技术中的低成本高容量ANG吸附剂候选材料。
这项研究成果发表在《Advanced Materials》期刊，题为“Dibromomethane Knitted Highly Porous Hyper-Cross-Linked Polymers for Efficient High-Pressure Methane Storage”。论文的第一作者是华中科技大学化学与化工学院的硕士生杨守坤和博士生钟子铖，通讯作者为王笑颜副研究员和谭必恩教授。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202307579
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