“咱们所研发的有机小分子晶体，是一种高性能的储氢材料。咱们的连系主义是但愿能为燃料电板汽车提供可靠的储氢决策。而燃料电板汽车的大限度普及俺去也小说，关于终了大家碳中具有蹙迫预见。

在低温条目下，咱们所研发的有机小分子晶体在材料层面上达到了好意思国动力部关于燃料电板轻型商用车储氢系统容量的圭臬要求。即在特定的体积和质地的材料之中，能够存储充足量的氢气。”香港大学连系助理说明注解唐淳知道。

图丨从左至右：张瑞华博士、Stoddart 说明注解、唐淳博士（开头：唐淳）

日前，有关论文以《在超分子晶体中均衡储氢的体积容量和分量容量》（Balancing volumetric and gravimetric capacity for hydrogen in supramolecular crystals）为题发在 Nature Chemistry（IF 19.2）。

香港大学张瑞华连系助理说明注解是第一作家，香港大学唐淳连系助理说明注解、好意思国西北大学兰德尔·斯努尔（Randall Snurr）说明注解、以及英国化学家&2016 年诺贝尔化学奖赢得者詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特（James Fraser Stoddart）说明注解担任共同通信作家 [1]。

图 | 有关论文（开头：Nature Chemistry）

“钢筋水泥”和“茅草绳”

之是以开展这项连系，在很猛进度上源于一次无意发现。

2022 岁首，张瑞华和唐淳蓄意并合成了一种同期含有多个咪唑基团和多个羧酸基团的有机小分子。

他们的初志是但愿诓骗这种有机小分子来合成金属有机框架（MOF，Metal-Organic Framework）用于储氢连系。

金属有机框架的常见合成设施是将金属与含有多个羧酸基团的有机小分子共混，使其在特定条目下拼装结晶。

经过初步尝试之后，他们很快就赢得了高质地的晶体。关联词，通过单晶结构领会发现：该晶体全皆由有机小分子构成，预先加入的金属并未参与结晶。

进一步连系之后，他们说明这种有机小分子晶体属于氢键有机框架。

氢键有机框架（HOF，Hydrogen-bonded organic frameworks），是当今多孔框架材料连系的蹙迫界限之一，许多中国科学家在这一界限仍是作念出了具有首要海外影响力的后果。

随后，他们进行了无数的尝试，但愿能够赢得金属有机框架，然而大多数实践只生成了上述有机小分子的晶体。

其后，司徒塔特说明注解在得知他们的终结之后，共享了好多科研中的“无意收货型”素养。

司徒塔特说明注解还提到青霉素和导电高分子这些翻新性的发现皆是来自于实践中的巧合，他我方也极端享受化学连系中的巧合发现。

借此，他荧惑张瑞华和唐淳等东谈主不妨仔细深入有计划所赢得的有机小分子晶体的性质。

图丨晶体结构的简化暗意图（开头：唐淳）

随后，唐淳等东谈主发现这个有机小分子晶体的拼装结构极端复杂。通事后续连系他们领略到：它的复杂性来自于高度有序的相互穿插。

唐淳知道，不错把这个有机小分子晶体联想成是由七个蜂窝状的框架以编织神色相互交汇在通盘的结构。

这种穿插结构让有机小分子晶体得以兼具高比名义积与高贯通性。

假如金属有机框架是用钢筋水泥（共价键）诞生的屋子俺去也小说，而有机小分子晶体好比是用茅草和木板（非共价相互作用）诞生的屋子。

当移除屋子中的“非承重墙”（时时是溶剂分子）时，金属有机框架一般仍能保抓较好的框架结构。

而有机小分子晶体时时会崩塌，因为这些溶剂分子可能便是有机小分子晶体的“承重墙”。或者说，有机小分子间的非共价相互作用时时不及以保管框架结构的贯通。

在该团队赢得的有机小分子晶体之中，七个框架结构相互穿插、支抓和贯通，就像将茅草编成绳索后，绳索具有远超茅草自己的机械强度。

因此在移除溶剂分子之后，这种有机小分子晶体仍能很好地保抓框架结构的贯通性。

再其后，课题组发现它具有极端高的比名义积，两克有机小分子晶体的名义积，与一个足球场的面积卓越。

更为蹙迫地是，他们发现这个有机小分子晶体的比名义积和其密度与 MOF-5 极详察通。

MOF-5 是有名的储氢框架材料，具有极端高的储氢容量，这促使他们去连系这种有机小分子晶体的储氢性能。

由于这种有机小分子晶体不含任何金属，这让他们能够连系在莫得金属参与的情况下纯有机分子框架的储氢性质。

他们发现，这种有机小分子晶体在零下 195℃的低温至下，具有很高的储氢性能，卓越是其体积储氢容量极端高。

随后他们与担任本次论文通信作家的斯努尔说明注解，开展了表面模拟互助，从而对这种材料的储氢性能有了更深入的领略。

他们以为，这与其高度有序的相互穿插结构所造成的孔径漫衍和高比名义积有着密切干系。至此，连系基本告一段落。

在香港大学和诺奖得主作念连系

在本连系中最令唐淳动容的事情，是与司徒塔特说明注解这些年通盘作念科研的一丝一滴。

唐淳知道：“Stoddart 说明注解对中国有很深的情愫，他的学生遍布中国各地，在中国春节他会在家中宴请整体组员共度佳节。本年是他在香港大学责任的第一年，他也入乡顺俗，在龙年春节为每位组员准备了红包。”‍

在他眼中，司徒塔特说明注解号称是“行走的化学藏书楼”。在连系中遭受的问题，他总能精确地推选有关册本和文件，而组员们时时能在他推选的材料中找到谜底。

天然已年过八十，但他对化学连系的深爱令东谈主钦佩。他险些全年无休，践行了“责任即活命，活命即责任”的理念。

“他的办公室门永久大开，便捷咱们随时赶赴究诘。他会一字一板（包括标点记号）地修改通盘论讳疾忌医火附加信息，对论文配图要求极高，比如本次论文的配图他就修改了不下几十稿。”

唐淳知道，“我方感到极端红运，在本科生、博士生以及博士后连系阶段皆得到了导师们的倾心熏陶。这激发着我将教授与连系当作今后的作事发展所在，将导师们教书育东谈主的精神传承下去。”

图 | 司徒塔特说明注解在家中宴请组员欢度春节（开头：唐淳）

而在异日，唐淳等东谈主但愿鉴戒现时连系的想路，蓄意出能在室温下终了高储氢容量的材料。

当今，室温下具有高容量的储氢材料时时需要具备较高的氢气集中能，但这种高集中能同期限定了氢气的按需开释。

因此，他们正在探索奈何蓄意具有刺激反映性的储氢材料，使其在一种现象下与氢气具有较高的集中智商。

而在另一种可逆切换的现象下，氢气集中智商会权贵消弱，从而终了氢气的按需存储与开释。

与此同期，他们在本次连系中也意志到了有机晶体在结晶进程中的不成瞻望性，即奈何通过有机小分子瞻望有机小分子的晶体结构是一个极具挑战的费事。

当今，常见的连系政策是通过蓄意并合成有机小分子。赢得有机小分子之后对其进行结晶，通过蚁集晶体的衍射数据，赢得有机小分子的晶体结构，再进一步纪念有机小分子的结构蓄意。

如斯月盈则亏，加上少量点好运，最终就有可能得到梦想的结构。

关联词，这一进程会触及到分手、提纯、表征、结晶和衍射等身手，因此考据一个分子蓄意需要极端纷乱的实践责任量。

是以，他们极端期待使用 AI 技艺来支持传统的试错进程。当今，已有一些科学家在基于有机小分子瞻望晶体结构的连系方面取得了令东谈主致力的进展。

异日，他们也但愿积极拥抱 AI 技艺，助力于研发性能更优胜的储氢材料。

诓骗 AI 技艺，他们也有望大幅普及连系着力，减少实践责任量。

比如，AI 不错通过分析无数已有的晶体结构数据，识别出潜在的礼貌和样式，从而瞻望新的有机小分子的结晶行为。

这不仅能加快实践蓄意和优化，还能提供新的想路和所在，以致匡助他们打破传统设施的局限。

此外，AI 技艺在数据惩处和模拟方面的强劲智商也不错用于优化储氢材料的蓄意。

举例，通过机器学习算法，好像不错筛选出具有愈加优异储氢性能的分子结构，以致瞻望其在不同条目下的发扬。

尽管当今他们的连系尚未触及 AI 技艺，但他们服气异日 AI 将成为他们的蹙迫连系器用。

“咱们极端期待通过 AI 技艺的应用，股东储氢材料的研发，最终终了高效、安全的氢气存储与开释。这不仅对咱们的基础连系很有预见，也会对动力界限的发展产生久了影响。”唐淳终末知道。

参考辛勤：

1.Zhang， R.， Daglar， H.， Tang， C.et al. Balancing volumetric and gravimetric capacity for hydrogen in supramolecular crystals. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01622-w

运营/排版：何晨龙

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