近日，香港中文大學(xué)(深圳)理工學(xué)院教授李懷光與英國(guó)劍橋大學(xué)教授Alexander C. Forse團(tuán)隊(duì)提出并驗(yàn)證了吸附材料合成的新路徑，開辟了碳捕集、碳利用技術(shù)的新領(lǐng)域。最新研究成果發(fā)表于《自然》。

空氣中直接捕集二氧化碳是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要技術(shù)路徑，采用堿性溶液(如氫氧化鉀、氫氧化鈣等)作為吸附劑的碳捕集方法，具有吸附容量大、效率高、速度快等顯著優(yōu)勢(shì)，但是吸附產(chǎn)物碳酸鹽具有較大的晶格能，需要在900℃的高溫下進(jìn)行二氧化碳脫附，大大增加了碳捕集的運(yùn)行成本。如何降低捕集能耗是目前高性能吸附材料研發(fā)的關(guān)鍵。

該研究通過(guò)電化學(xué)技術(shù)分離帶電離子作為吸附位點(diǎn)，成功設(shè)計(jì)開發(fā)出一類新型吸附劑材料——帶電吸附劑。這種吸附材料在低成本活性碳的孔隙中，積聚大量活性氫氧根離子，并通過(guò)形成碳酸(氫)根的方式，迅速捕獲空氣中的二氧化碳。

與傳統(tǒng)的塊狀碳酸鹽相比，帶電吸附劑的脫附過(guò)程無(wú)須克服晶格能壘，因此能在相對(duì)低溫(90至100℃)下完成脫附。同時(shí)，由于吸附劑具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，可直接利用可再生能源進(jìn)行原位焦耳加熱脫附，極大提高了能源利用效率。固態(tài)核磁測(cè)試數(shù)據(jù)表明，焦耳加熱能在極短時(shí)間內(nèi)將材料迅速加熱至90℃，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的完全脫附。

該帶電吸附劑所采用的原材料來(lái)源廣泛、易于獲取，具有廣闊的應(yīng)用前景。除了二氧化碳捕集之外，帶電吸附劑的結(jié)構(gòu)多樣性將為其他領(lǐng)域的新材料設(shè)計(jì)提供思路。此外，帶電吸附劑良好的導(dǎo)電性與焦耳熱再生技術(shù)耦合，為可再生能源電力在直接空氣碳捕獲技術(shù)中的應(yīng)用提供了極大便利。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07449-2