摘要：甲烷methane (CH4)的低体积能量密度影响储存、利用、运输效率。目前储存方法为液化天然气 liquefied natural gas (LNG)和压缩天然气compressed natural gas (CNG)，液化天然气LNG需昂贵低温系统和隔热容

甲烷methane (CH4)的低体积能量密度影响储存、利用、运输效率。目前储存方法为液化天然气 liquefied natural gas (LNG)和压缩天然气compressed natural gas (CNG)，液化天然气LNG需昂贵低温系统和隔热容器，适用于大规模运输；压缩天然气CNG需高压（约 25MPa）储存，有安全风险。吸附天然气Adsorbed natural gas（ANG）技术，在较低压力下，将甲烷物理吸附于纳米孔中，有望解决甲烷储存挑战。

美国能源部(DOE)规定，298 K、3.5 MPa下，ANG能量含量需≥25 MPa下CNG，即266 v/v CH4。虽部分金属有机框架(MOF)和有机聚合物的CH4输送能力接近或超过该值，但通常需更高压力或更低温度。目前，实现3.5 MPa、298 K下标准，仍困难重重，因低温需额外能源，高压则增风险并需更高压力等级。

为此，在环境条件下，储存CH4的有效方法，有望解决上述问题。理想情况下，适用于环境条件下CH4储存的材料，应该能够在室温下捕获CH4，并在暴露于低温热量时释放。

近日，日本日本信州大学Shuwen Wang，Katsumi Kaneko等，在Nature Energy上发文，报告了一种石墨烯涂覆的多孔碳材料，可以在高压下充入CH4，并将其保持在环境压力和温度下（低于318 K），从而提高储存安全性。

石墨烯可作为热控锁，阻塞或激活碳孔以捕获或释放CH4，从而实现298 K时19.9 MPa的压力当量负荷，并在加热至473 K时释放。石墨烯包覆的碳表现出了可逆的甲烷重量可交付容量（209 cm3 g-1）和体积可交付容量（142 v/v），并且甲烷的储存不受环境温度附近轻微温度波动的影响。考虑到容器空间利用率，超过了3.5 MPa和298 K下，各种吸附天然气材料。

Ambient pressure storage of high-density methane in nanoporous carbon coated with graphene.

在涂覆石墨烯的纳米多孔碳中，常压存储高密度甲烷。

图1.石墨烯涂覆碳的表征

图2.CH4储存/释放模型和CH4储存性能

图3.孔隙阻塞/活化的特征

图4.石墨烯涂层碳中CH4储存的评估

文献链接

Wang, S., Vallejos-Burgos, F., Furuse, A. et al. Ambient pressure storage of high-density methane in nanoporous carbon coated with graphene. Nat Energy (2025).

本文译自Nature。

信息来源：今日新材料

来源：石墨烯联盟