新研究使化学结构的碳捕获能力翻倍

Josiah02

俄勒冈州立大学的科学家们找到了一种方法，可以使一种化学结构的吸收能力提高一倍以上，这种化学结构可用于清除工厂烟道中的二氧化碳。
这项涉及金属有机骨架(MOF) 的研究非常重要，因为工业活动（其中包括燃烧化石燃料获取能源）占地球大气温室气体的很大一部分。根据美国环境保护署的数据，在美国，二氧化碳总排放量的 16% 来自工业。
俄勒冈州立大学科学学院的 Kyriakos Stylianou 领导的研究人员研究了一种铜基 MOF，发现当首次暴露于氨气时，其吸附二氧化碳的效率提高了一倍以上。
该研究发表在《JACS Au》杂志上。
“捕获二氧化碳对于实现净零排放目标至关重要，”化学副教授 Stylianou 表示。“MOF 因其多孔性和结构多功能性而显示出很大的前景。”
MOF 是一种晶体材料，由带正电的金属离子和有机“连接分子”分子（称为配体）包围而成。金属离子形成节点，将连接分子的臂连接起来，形成一个类似于笼子的重复结构；该结构具有纳米级孔隙，可以吸附气体，类似于海绵。
斯蒂利亚诺表示，MOF 可以设计成具有多种成分，这些成分决定了 MOF 的性质，而可能的 MOF 有数百万种。化学研究人员已经合成了超过 10 万种 MOF，并预测了数十万种其他 MOF 的性质。
除了捕获二氧化碳和其他类型的气体外，MOF还可以用作催化剂、用于储能、药物输送和水净化。
当暴露于氨气时，本研究中的 MOF mCBMOF-1 显示出的碳吸收能力与工业应用中广泛用于二氧化碳捕获的传统胺基吸附剂相当或更高。与胺基吸附剂相比，MOF 更稳定，并且可以使用更少的能量进行再生——在本例中，通过浸入水中即可。
“MOF 的激活方式是去除水分子，露出四个紧密相连的开放铜位点，”Stylianou 说道。“然后我们引入氨气，导致其中一个位点被氨分子占据。其余位点吸引 CO2 ，促进与氨的相互作用，形成氨基甲酸酯物质。”
氨基甲酸酯是一种在工业、农业和医学领域有广泛用途的化合物，它在水浸过程中被释放，从而再生 MOF 的原始结构，使其可重复用于持续的碳捕获。
Stylianou 表示，研究结果强调，MOF 结构可以根据功能基团进行定制，以增强其与特定目标分子（如二氧化碳）的相互作用；类似的策略可以应用于其他 MOF 和气体。
他说：“我们的研究利用连续孔隙功能化来增强二氧化碳的吸收，同时又不显著增加再生能量，这是一个了不起的进展。孔隙内铜-氨基甲酸复合物的形成表明与二氧化碳有强烈而选择性的相互作用，这对于确保二氧化碳优先于烟气排放中的其他气体被吸附至关重要。 ”
合作者包括俄勒冈州立大学研究生 Ankit Yadav 和博士后学者 Andrzej Gladysiak，以及来自加州大学伯克利分校、南京师范大学和巴塞罗那材料科学研究所的科学家。