加利福尼亚大学伯克利分校，MOFs材料，Science!
文摘
2024-11-18 07:30
青海
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碳捕获技术是应对全球变暖的重要手段，尤其是在减少工业二氧化碳（CO2）排放方面具有关键作用。尽管可再生能源的使用正在加速，但化石燃料仍预计将在未来几十年内继续为全球电力供应提供主要来源。因此，开发高效、可持续的CO2捕获技术仍然是全球关注的重点。传统的水溶性胺类后燃CO2捕获技术已是最为成熟的技术之一，但其存在较高的热容量、腐蚀性及挥发性，且在较高温度下的效率较低，这些缺点限制了其在高温废气流中的应用。例如，许多工业废气流的温度通常超过200°C，需要将其冷却到较低温度后才能进行CO2捕获，这不仅增加了操作成本，也降低了捕获效率。为了解决这一问题，近年来研究者们转向高温条件下的金属有机框架（MOFs）材料，尤其是能够在200°C以上温度下有效捕获CO2的MOFs。MOFs因其具有化学稳定、结构多孔等优点，在CO2捕获领域受到了广泛关注。然而，目前大多数MOFs在较高温度下的捕碳性能仍然有限，尤其是在200°C以上的温度范围内，尚未能有效进行CO2的捕获。近日，来自美国 加利福尼亚大学伯克利分校（University of
California，Berkeley）Rachel C.
Rohde，Kurtis M. Carsch，Jeffrey
R. Long等研究人员在高温CO2捕获领域取得了新的突破。该团队设计并制备了一种新的金属有机框架材料ZnH-MFU-4l，利用锌氢化物位点作为CO2的吸附位点，使得该材料能够在200°C到400°C的温度范围内有效地捕获CO2。与传统的水溶性胺类材料相比，这一新型MOF材料不仅能够在较高的温度下进行CO2吸附，还具有较好的循环稳定性，能够在长时间的CO2吸附-脱附循环中维持其高效性能。通过气体吸附、结构表征以及计算模拟等手段，研究人员揭示了ZnH-MFU-4l材料中CO2的快速可逆吸附机制。CO2与锌氢化物位点发生可逆插入反应，形成锌甲酸盐，该过程在200°C至400°C之间高效进行，显著提高了CO2的捕获能力。扩展的CO2吸附-脱附循环和突破实验结果表明，ZnH-MFU-4l不仅在高温下表现出良好的吸附性能，还能够有效处理低浓度CO2的捕获任务，为工业废气中的CO2捕获提供了新的解决方案。这一研究不仅推动了金属有机框架材料在高温碳捕获领域的应用，还为未来开发更高效、更稳定的CO2捕获技术提供了新的思路和方向。
