氢能被视为碳中和的“终极清洁能源”，但储氢一直是“卡脖子”难题——高压气瓶（700bar）不安全，液态氢需-253℃低温耗能惊人，传统储氢材料更是“顾此失彼”：要么“装得多但重”（金属氢化物），要么“轻但易塌”（MOF）。近日，我国团队参与研发的超分子晶体RP-H101，同时实现9.3wt%重量储氢率和53.7g/L体积储氢率，双双超过美国能源部（DOE）系统级标准，还能抗高温抗溶剂，让氢能储氢“又多又稳”。

储氢材料的“顾此失彼”困境

传统储氢材料各有短板：金属有机框架（MOF）像“海绵”，表面积大但结构脆弱，一压就塌；共价有机框架（COF）虽稳定却贵得离谱，合成成本高；金属氢化物体积储氢率高，但释放氢气需高温催化，增加系统复杂度。而氢能汽车储氢罐空间有限，要求材料既要“轻装上阵”（重量储氢率高）又要“占地方小”（体积储氢率高），这成了氢能规模化应用的最大拦路虎。

7重互锁的“分子连环锁”：稳又能装

研究团队把目光投向超分子晶体（分子通过非共价键像搭积木一样组装的晶体，灵活可控）中的氢键有机框架（HOFs）。他们设计的RP-H101采用7重互锁结构——多个“分子笼子”互相穿插锁住，像儿童玩具里的连环锁，既保留多孔结构（让氢分子有地方待）又增强稳定性（不易塌）。这种结构只用轻质元素（碳、氢、氧、氮），保证了重量储氢率高，同时互锁设计让体积储氢率也达标。

实测：双超DOE标准，稳定到“烧不坏”

实验数据显示RP-H101的表现“亮眼”：

• 储氢能力：9.3wt%重量储氢率（超DOE 6.5wt%标准43%）、53.7g/L体积储氢率（超DOE 50g/L标准7.4%），是目前唯一同时超过这两个标准的材料；
• 稳定性：加热到375℃仍保持结晶结构（不怕高温），泡在乙醇、丙酮里24小时不变形（抗溶剂）；
• 结构优势：BET表面积达3526 m²/g（相当于1克材料铺开有半个足球场大），孔隙大小刚好适合氢分子“安家”。

离上车还有多远？挑战与未来

尽管性能优异，RP-H101仍有“短板”：长期循环储氢（充放氢多次后）的稳定性还没完全评估；规模化生产时，如何保证7重互锁结构的一致性、降低成本，都是待解难题。不过研究团队表示，未来可通过机器学习优化结构设计，加速材料迭代。

这项技术若落地，氢能汽车储氢罐能“瘦身”又“扩容”：同样体积下装更多氢，续航提升40%以上；无需高压或低温，安全性与成本均降低。它还能用于储能电站，助力电网消纳风电光伏等不稳定能源。

来源: FIE能源前沿期刊