俄勒岡州立大學理學院的科學家們展示了一種具有成本效益的納米材料從工業污染物中過濾二氧化碳的潛力。這項研究的負責人、俄勒岡州立大學理學院的Kyriakos Stylianou 說，發表在《細胞報告物理科學》（Cell Reports Physical Science）上的這一發現非常重要，因為改進碳捕獲方法是應對氣候變化的關鍵。

俄勒岡州立大學的研究人員發現，一種被稱為金屬有機框架（MOF）的具有成本效益的納米材料，即使在潮濕的條件下也能有效去除工業排放物中的二氧化碳。這種新型MOF 由鋁和一種普通配位體組成，有望解決碳捕集過程中的一些難題，包括高成本和在潮濕環境中的有效性降低。圖片來源：Kyriakos Stylianou 提供，OSU 科學學院。

二氧化碳是一種溫室氣體，由燃燒化石燃料產生，是氣候變暖的主要原因之一。

Stylianou指出，過濾空氣中碳的設施開始在全球興起–世界上最大的過濾設施將於2021年在冰島投入使用–但它們還不足以對全球的排放問題產生重大影響。冰島發電廠一年的二氧化碳排放量相當於大約800 輛汽車的年排放量。

不過，在工廠等進入大氣層的地方減緩二氧化碳排放的技術相對來說已經發展得很成熟。其中一項技術涉及被稱為金屬有機框架（MOFs）的納米材料，這種材料可以在煙氣通過煙囪時通過吸附作用攔截二氧化碳分子。

化學助理教授Stylianou 說：”二氧化碳的捕獲對於實現淨零排放目標至關重要。由於多孔性和結構的多樣性，MOFs 在碳捕集方面展現出了廣闊的前景，但合成MOFs 通常意味著要使用重金屬鹽和有毒溶劑等在經濟和環境方面都很昂貴的試劑。”

他說，此外，處理煙囪氣體中的水份也使二氧化碳的去除變得非常複雜。許多已顯示出碳捕集潛力的MOF 在潮濕條件下失去了功效。煙道氣可以進行乾燥處理，但這會大大增加二氧化碳去除過程的成本，足以使其在工業應用中失去可行性。

因此，我們試圖利用MOF 來解決目前用於碳捕集的材料的各種局限性：成本高、對二氧化碳的選擇性差、在潮濕條件下穩定性低以及二氧化碳吸收能力低。

MOFs 是一種結晶多孔材料，由帶正電荷的金屬離子和被稱為配體的有機”連接”分子組成。金屬離子形成節點，與連接體的臂結合在一起，形成類似籠子的重複結構；該結構具有納米級孔隙，可以吸附氣體，類似於海綿。

MOF可由多種成分設計而成，這些成分決定了MOF的特性。化學研究人員已經合成了近10萬種MOF，並對另外50萬種MOF的特性進行了預測。

“在這項研究中，我們引入了一種由鋁和一種容易獲得的配體（苯-1,2,4,5-四羧酸）組成的MOF，”Stylianou說。”MOF在水中合成，只需幾個小時。MOF具有與二氧化碳分子大小相當的孔隙，這意味著有一個密閉的空間可以囚禁二氧化碳。

MOF 在潮濕的條件下也能很好地工作，而且更喜歡二氧化碳而不是氮氣，這一點非常重要，因為氮氧化物是煙道氣的一種成分。如果沒有這種選擇性，MOF 就有可能與錯誤的分子結合。

“這種MOF 是濕法燃燒後碳捕集應用的理想候選材料，它成本低廉，分離性能優異，可以再生和重複使用至少三次，且吸收能力相當。”