研究人员创造了新的分子，可以高效地从大气中捕获大量二氧化碳，这是应对气候变化的关键步骤。
俄勒冈州立大学的研究人员开发了创新分子，能够迅速从空气中捕获大量二氧化碳，这是解决气候问题的关键策略。
这项研究集中在过氧化钛上，基于之前对过氧化钒的研究。这项研究是一个重要的联邦计划的一部分，旨在开发新技术和材料以进行直接空气捕获 (DAC) 的二氧化碳，这些二氧化碳是通过化石燃料燃烧释放的。
这项研究的结果由俄勒冈州立大学科学学院的梅·奈曼和卡尔莉·巴赫主导，今天发表在材料化学期刊上。
在2021年，奈曼作为泰伦斯·布拉德肖化学教授，被指定领导能源部支持的九个DAC项目之一，该项目获得了2400万美元的初始资金支持。她的团队正在研究某些过渡金属络合物与空气的相互作用，以提取二氧化碳并将其转化为金属碳酸盐，这与多种天然矿物中的碳酸盐类似。
过渡金属位于周期表的中央附近，因其电子在低能和高能状态之间的转移而得其名，产生了独特的颜色。
尽管旨在从大气中过滤二氧化碳的设施仍处于早期阶段，但处理发电厂等源头二氧化碳释放的技术已经成熟得多。专家认为，这两种二氧化碳捕获方法对于缓解气候变化的严重影响都是必不可少的。
目前，美国、加拿大和欧洲有18个运营的直接空气捕获工厂，全球还计划增加130个。然而，直接空气捕获过程面临高成本和相对于工业排放处理的巨大能量需求等挑战。大气中二氧化碳的相对低浓度（每百万分之四）也使捕获材料的有效性受到复杂影响。
“我们决定探索钛，因为它比钒便宜100倍，更丰富，更环保，并且已经在工业中广泛使用，”巴赫解释说，她是奈曼实验室的一名研究生。“此外，它在周期表上紧挨着钒，这使我们推测，它的碳捕获特性可能足够类似于钒的特性，从而使其有效。”
巴赫、奈曼和他们的团队成功创建了多种新的四过氧化钛酸盐结构，这种构型特征是一个钛原子与四个过氧化物基团结合，这些结构在从大气中去除二氧化碳的能力上表现出不同的性能。这些四过氧化物结构由于过氧化物基团的能量特性，往往具有很高的反应性。
相关的过氧化钛酸盐由于其在催化、环境化学和材料科学中的潜在应用而受到关注。然而，本文讨论的四过氧化钛酸盐在此之前尚未成功合成；巴赫利用廉价材料实现了高产率反应。
“我们识别出的最喜欢的碳捕获结构是四过氧化钾钛酸盐，这是特别有趣的，因为它同时也作为过氧溶剂，”巴赫表示。“这意味着，除了与钛有过氧化物连接外，它还将过氧化氢纳入其结构，我们认为这有助于提高其反应性。”
研究表明，四过氧化钾钛酸盐的碳捕获容量约为每克8.5毫摩尔二氧化碳，几乎是过氧化钒的两倍。
“钛是一种更安全、成本更低的材料，其碳捕获能力显著更高，”巴赫评论道。
钛以希腊神话中的泰坦命名，坚固如钢却轻得多。它无毒，耐腐蚀，且位居地壳中第九丰富的元素，存在于各种自然来源中，包括岩石、土壤，甚至在人体中也有微量。
这篇论文的其他合作者包括俄勒冈州立大学的助理教授蒂姆·祖赫尔斯多夫和康斯坦丁·古拉斯、博士后爱德华·加里多·里博、研究生雅各布·赫希、毛志伟、麦肯齐·诺德，以及晶体学家和俄勒冈州立大学X射线衍射设施的临时经理列夫·扎哈罗夫。
这项研究还得到了默多克慈善信托基金的器材资助。
