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目前，高密度天然氣（主要成分為甲烷）主要為液化天然氣和壓縮天然氣，其儲存存在成本高、能耗大、有安全隱患等問題。相比之下，吸附天然氣技術利用甲烷吸附劑在相對低壓下實現高效存儲，為車載運輸應用提供了一種安全、經濟、環保的存儲替代方案。當前已有大量多孔材料的甲烷吸附研究，但難以兼顧質量容量和體積容量，其性能仍無法滿足實用要求。

理論分析表明，性能優異的甲烷吸附多孔材料應具備高比表面積及適宜孔徑。COF是一類由有機分子構筑基元通過共價成鍵組裝、在二維或三維方向上形成的新型晶態多孔材料。由于其固有的多孔性和共價鍵連接特性，超高比表面COF可作為一種具有高穩定性的甲烷吸附劑。三維COF通常具備更高比表面積，但其合成和結構表征面臨巨大挑戰，而且常見的框架互穿問題會顯著減少表面積。

汪成團隊以六連接立體節點與三角形分子為前體進行縮聚反應，成功設計合成了兩種席夫堿連接的超高比表面微孔三維COF。他們通過三維電子衍射進行結構解析，發現兩種三維COF均具有一種罕見的自互鎖拓撲結構。由于避免了常見穿插拓撲結構中的緊密堆積，在減小框架孔徑的同時又保證了構筑單元的充分暴露，兩種COF均表現出超高的質量比表面和體積比表面以及合適的微孔孔徑。

甲烷吸附實驗表明，這兩種COF均具備優異的高壓甲烷吸附性能。這項研究不僅證實了COF在能源氣體儲存方面具有很大的應用潛力，還為構筑兼具高質量比表面和體積比表面的多孔材料提供了重要指導。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adr0936