常溫常壓下實現二氧化碳的捕獲與釋放

從中國科學技術大學獲悉，該校劉波教授、南方科技大學徐強教授與國際研究團隊合作，開發了一種有前途的碳捕獲和存儲方法，首次用二氧化碳作為客體分子模擬二氧化碳水合物結構，使用廉價的硫酸胍與二氧化碳共結晶形成穩定的包合物，實現環境溫度壓力條件下二氧化碳可逆的捕獲與釋放。研究成果日前發表在《細胞報告物質科學》上。

碳捕獲是碳捕集利用與封存技術的重要環節，對于實現國家“雙碳”目標具有重要意義。目前二氧化碳捕獲主要通過基于變壓變溫的物理或化學吸附過程完成。物理吸附劑采用具有高比表面積的多孔材料，二氧化碳分子通過弱相互作用進入吸附劑的孔道。雖然具有吸附熱低和易于再生的優點，但煙道氣和環境中的水汽與二氧化碳分子存在競爭吸附，極大降低了吸附劑的選擇性、容量和循環性能。化學吸附劑如乙醇胺、有機胍等雖然具有高的選擇性但吸附劑的再生過程需要消耗巨大的能量。如何降低二氧化碳捕獲和釋放時的能耗具有重要意義。?

在前期工作基礎上，研究人員進一步將動態氫鍵框架結構變換應用于二氧化碳捕獲。研究人員發現，在室溫附近從硫酸胍水溶液中可以得到晶態二氧化碳包合物。進一步的結構分析表明，二氧化碳被包裹在胍陽離子和硫酸根之間通過氫鍵和靜電相互作用構筑的框架中。令人驚訝的是，二氧化碳僅與框架中的胍離子存在靜電作用，這也是二氧化碳與硫酸胍共結晶形成包合物結晶沉淀的驅動力。強弱適中的相互作用使得的捕獲和釋放均能在溫和條件下進行。另外，單位體積的二氧化碳與硫酸胍共結晶形成包合物結晶含有相同溫度壓力條件下60倍體積的二氧化碳氣體，而相同溫度、體積下二氧化碳的壓力達到6兆帕，揭示了其在碳捕獲存儲和運輸方面的巨大潛力。