Optimizing Hydrogen Storage in MOFs through Engineering of Crystal Morphology and Control of Crystal Size

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作者
Kuthuru Suresh,Darpandeep Aulakh,Justin Purewal,Donald J. Siegel,Mike Veenstra,Adam J. Matzger
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (28): 10727-10734 被引量:195
标识
DOI:10.1021/jacs.1c04926
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) are promising materials for hydrogen storage that fail to achieve expected theoretical values of volumetric storage density due to poor powder packing. A strategy that improves packing efficiency and volumetric hydrogen gas storage density dramatically through engineered morphologies and controlled-crystal size distributions is presented that holds promise for maximizing storage capacity for a given MOF. The packing density improvement, demonstrated for the benchmark sorbent MOF-5, leads to a significant enhancement of volumetric hydrogen storage performance relative to commercial MOF-5. System model projections demonstrate that engineering of crystal morphology/size or use of a bimodal distribution of cubic crystal sizes in tandem with system optimization can surpass the 25 g/L volumetric capacity of a typical 700 bar compressed storage system and exceed the DOE targets 2020 volumetric capacity (30 g/L). Finally, a critical link between improved powder packing density and reduced damage upon compaction is revealed leading to sorbents with both high surface area and high density.
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