科学家们发现了一种方法，可以显著增强用于从工业排放中去除二氧化碳的化学结构的能力。
来自俄勒冈州立大学的研究人员开发了一种技术，使用于捕获工厂废气中二氧化碳的化学框架的能力增加了两倍以上。
对金属有机框架（MOFs）的研究至关重要，因为工业活动如燃烧化石燃料会对大气中的温室气体产生很大贡献。根据环境保护署的数据，工业产生了美国总二氧化碳排放的16%。
在俄勒冈州立大学科学院的Kyriakos Stylianou的带领下，研究团队研究了一种基于铜的MOF，发现其吸附二氧化碳的能力在初次曝露于氨气时显著提高。
“捕获二氧化碳对实现净零排放目标至关重要，”化学副教授Stylianou解释说。“由于其多孔性质和可调结构，MOFs是有前途的。”
MOFs由带正电的金属离子和称为配体的有机分子连接在一起。它们共同形成一个重复的笼状结构，内部有微小的孔，用于捕获气体，起到海绵的作用。
研究人员可以创建具有不同组分的MOFs，这会影响其特性，导致数百万种潜在的MOF变体，Stylianou说。已合成了超过100,000种不同的MOF，并且还有更多具有假设特性尚待探索。
除了捕获二氧化碳和其他气体外，MOFs还可以用作催化剂、能源存储、药物输送和水净化。
当识别为mCBMOF-1的MOF曝露于氨气时，其二氧化碳吸附能力与传统的胺基吸附剂相似或超过这些常用于工业二氧化碳捕获的吸附剂。此外，MOFs提供更大的稳定性，并且再生所需的能量更少——具体而言，通过将其浸泡在水中。
“我们通过消除水分子来激活MOF，揭示四个相邻的开放铜位点，”Stylianou说。“引入氨气填充其中一个位点，使剩余位点能够吸引二氧化碳，与氨气相互作用生成氨基甲酸酯化合物。”
氨基甲酸酯是一种被广泛应用于各个领域的物质，包括工业、农业和医学，它们在MOF浸入水中时释放出来，使其恢复原始结构并可用于持续的碳捕获工作。
Stylianou表示，研究结果强调了通过功能团改造MOF结构以提高其与二氧化碳特定相互作用的能力。类似的方法可能适用于其他MOF和气体。
“我们研究中展示的顺序孔功能化以提高二氧化碳吸收，同时保持再生能量低，是一个显著的成就，”他指出。“在孔内创建铜-氨基甲酸复合物表明与二氧化碳有强大而选择性的连接，这对确保二氧化碳优先于排放气体中的其他气体而被吸收至关重要。”
这项研究发表在JACS Au上，得到了沙特阿美和Baydin Inc.的支持。
贡献者包括俄勒冈州立大学研究生Ankit Yadav和博士后研究员Andrzej Gladysiak，以及来自加州大学伯克利分校、南京师范大学和巴塞罗那材料科学研究所的科学家。
