客观日本

日中联合开发出选择性捕获二氧化碳并转换为有机材料的新材料

2020年01月30日 能源环境

京都大学、东京大学和中国江苏师范大学的研究者们组成的研究团队,共同开发了一种选择性地捕获二氧化碳(CO2)分子并将其有效转化为有用有机材料的新材料。该成果于2019年9月25日发表在《自然通讯》杂志上。

日中联合开发出选择性捕获二氧化碳并转换为有机材料的新材料

图1. 这种新型的多孔配位聚合物含有螺旋桨状的分子结构,能够选择性地捕获CO2,并将其有效地转化为有用的碳材料。 (插图由Izumi Mindy Takamiya提供)

人类消耗化石燃料导致全球二氧化碳排放量上升,从而引起了全球变暖和气候变化等严重问题。解决该类问题的一种办法是从大气中捕获和隔离碳,但是目前所有的方法都需要消耗大量的能量。 CO2的低反应性使其难以被有效捕获和转化。

“我们成功设计了一种对CO2分子具有高亲和力的多孔材料,可以将其快速有效地转化为有用的有机材料。” 京都大学集成细胞材料科学研究所(iCeMS)的材料化学家大竹研一说道。该材料是一种多孔配位聚合物(PCP,也称为MOF-金属有机骨架),一种由金属锌离子组成的骨架。研究人员使用X射线结构分析对该材料进行探测发现,该材料能够选择性地捕获CO2分子,且其捕获效率是其他PCP材料的十倍以上。该材料含有一种有机成分,这种成分具有螺旋桨状的分子结构。当CO2分子靠近该结构时,它们会进行旋转并重新排列以使CO2得到捕集,进而引起PCP中分子通道的细微变化。这种变化使该PCP充当分子筛,通过大小和形状识别与筛选分子。 PCP可以重复利用,即使经过10个反应循环,催化效率也未降低。

京都大学材料化学家北川进说:“最绿色环保的碳捕获方法之一是将二氧化碳循环利用并将其制成具有高价值的化学品,例如可用于石油化工和制药业的环状碳酸酯。” 捕获碳后,转换制成的材料可用于制造聚氨酯。聚氨酯具有广泛的用途,包括用于服装、家用电器和包装材料。该研究工作彰显出多孔配位聚合物在捕获二氧化碳并将其转化为有用材料方面的潜力,为今后碳捕获材料的研究开辟了新道路。

英文发布原文

【论文信息】
题目: Carbon dioxide capture and efficient fixation in a dynamic porous coordination polymer
期刊:Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-019-12414-z

文:JST客观日本编辑部翻译整理

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