崔屹团队设计全新CO?吸附材料，获美国工程院院

2021 年 2 月 8 日，马斯克宣布投资碳捕集技术，这项 “古早” 技术得以真正走入大众视线。

图 | 马斯克投资碳捕集技术（来源：Twitter）

随后，碳捕集再次被重点提到，2 月 22 日，中国国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，提到要 “开展二氧化碳捕集、利用和封存试验示范”。

图 | 国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见（来源： Berkeley）化学与生物分子工程学系主任杰弗里?雷默（Jeffrey A. Reimer），来协力解决气候难题。

图 | 崔屹和杰弗里?雷默（Jeffrey A. Reimer）（来源：受访者）

相关论文于近期以《通过核磁共振揭示分级纳米多孔碳中的分子机理》“Revealing Molecular Mechanisms in Hierarchical Nanoporous Carbon via Nuclear Magnetic Resonance” 为题发表在 Cell 子刊 Matter 上，论文共同一作是 2020 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人” 中国区得主、斯坦福研究员唐静，目前师从崔屹。

图 | 唐静（来源：受访者）

第一篇研究：合成多尺度结构的分级纳米多孔碳

唐静告诉 DeepTech，她和合作者在崔屹、以及杰弗里?雷默的共同指导下，借助该研究呼应了无碳地球的概念。

立项原因主要在于，常见空气污染物和主要人为温室气体来源，主要有挥发性有机化合物（VOC，volatile organic compounds）和二氧化碳等，其中挥发性有机化合物通常也叫有害气体。

因此，针对有害气体和二氧化碳，来设计出合理的多维尺度可再生微观材料，一直是领域内的热点课题。

一直以来，由于制备方法经济高效、且可持续性强，以高表面积和微孔占主导的纳米多孔碳结构，是非常理想的吸附材料。但是，当前的合成方法缺乏结构控制，合成条件比较苛刻，微孔也容易堵塞。

基于此，唐静和团队受到植物分级结构的启发，根据默里定律（Murray's Law，一种优化原则）并采用化学活化法、结合微波快速加热的方法，合成了微孔与介孔相互连接、以微孔为主、介孔为辅的多尺度分级纳米多孔碳（Hierarchical nanoporous carbons，HNC）。

图 | HNC 的制备及物理表征（来源：受访者）

如上图，多尺度分级纳米多孔碳具备孔隙结构，孔洞尺寸大小不一，根据尺寸可分为微孔和介孔。其中，微孔可以吸附有害气体和二氧化碳，介孔则可为二氧化碳分子的扩散提供通道。

实验表明，多尺度分级纳米多孔碳的二氧化碳物理吸附量，可达到 4.3 mmol g–1，其吸附量不亚于 MOF（金属有机物框架材料，Metal Organic Framework）等材料，这显示了该成果在二氧化碳吸附等领域的应用前景。

图 | 分级纳米多孔碳上的二氧化碳吸附性能研究（来源：受访者）

目前，人们对吸附分子与碳孔之间的相互作用机理、以及扩散机理的研究，还比较缺乏。

所以，唐静等人还采用固体核磁共振（SSNMR，Solid State Nuclear Magnetic Resonance）技术，从分子层面探索了有害气体和二氧化碳分子、与纳米分级多孔碳的相互作用机制，以及分子在客体中的扩散机理。

图 | 液态和气态分子在分级纳米多孔碳上的相互作用机理（来源：受访者）

最终，唐静等人揭示了有害气体和二氧化碳在分级纳米多孔碳的相互作用机制。在环境领域和能源领域，这可帮助促进固体核磁共振技术的分子尺度研究。

据她介绍，该工作还受到美国工程院院士、Science Advances 副主编、MIT 前副教务长凯伦?格里森（Karen K. Gleason）教授的高度评价。

图 | 美国工程院院士、Science Advances 副主编、MIT 前副教务长凯伦?格里森（Karen K. Gleason）和她撰写的评论文章（来源：受访者）

同时，该论文还入选 Matter 杂志 2020 年编辑最喜欢的文章之一 。

图 | Matter 杂志 2020 年编辑最喜欢的文章“MATTER's 12 favourite articles in 2020”（来源：受访者）

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0310/484.html