Les véhicules à hydrogène n'émettent que de la vapeur d'eau par leurs sorties d'échappement, offrant une alternative plus propre au transport basé sur les combustibles fossiles. Mais pour que les voitures à hydrogène deviennent courantes, les scientifiques doivent développer des systèmes de stockage d'hydrogène plus efficaces. Maintenant, chercheurs reportant dans ACS' Chimie des Matériaux ont utilisé des structures métallo-organiques (MOF) pour établir un nouveau record de capacité de stockage d'hydrogène dans des conditions d'exploitation normales.

Selon le département américain de l'Énergie, en 2017, les États-Unis disposaient de 34 stations de ravitaillement en hydrogène accessibles au public, dont 31 en Californie. Parallèlement à l'augmentation de l'infrastructure de ravitaillement, des avancées technologiques sont nécessaires pour l'adoption généralisée des voitures à hydrogène. En particulier, des systèmes de stockage d'hydrogène améliorés pourraient augmenter l'autonomie des automobiles tout en réduisant les coûts. Les voitures à hydrogène actuelles utilisent cher, des systèmes de refroidissement ou de compression encombrants pour stocker suffisamment d'hydrogène pour des autonomies acceptables. Jeffrey Long et ses collègues se sont demandé s'ils pouvaient utiliser des MOF pour stocker plus d'hydrogène dans des conditions de conduite normales. Les MOF sont des composés qui contiennent des ions métalliques coordonnés à des ligands organiques. Les structures 3-D de certains MOF forment des pores qui adsorbent fortement les molécules d'hydrogène gazeux et les amènent à attirer d'autres molécules, ce qui pourrait permettre au gaz de se condenser dans des conditions proches de la température ambiante.

Pour déterminer le meilleur MOF pour le stockage d'hydrogène, les chercheurs ont testé quatre composés différents, deux qui contenaient du nickel et deux qui contenaient du cobalt comme métal de coordination. Un MOF appelé Ni 2 ( m -dobdc) a montré la capacité de stockage d'hydrogène la plus élevée sur une gamme de pressions et de températures. A température ambiante et à une pression de réservoir bien inférieure à celle utilisée dans les véhicules à hydrogène actuels, Ni 2 ( m -dobdc) a établi un nouveau record de capacité de stockage d'hydrogène de 11,9 g de carburant par litre de cristal MOF. Le MOF avait une capacité de stockage significativement plus grande que l'hydrogène gazeux comprimé dans les mêmes conditions. Lorsque les chercheurs ont examiné la structure du MOF par diffraction de neutrons, ils ont découvert qu'un seul pore contenait sept sites de liaison spécifiques pour l'hydrogène gazeux qui permettaient un compactage dense du carburant.