这种黄色粉末，创下了历史纪录
这种黄色粉末，创下了历史纪录
美国加利福尼亚大学伯克利分校的化学家团队近日研制出一种名为COF-999的黄色粉末，该材料在二氧化碳捕获领域展现出突破性进展。研究表明，COF-999不仅能够高效吸收二氧化碳，而且在释放二氧化碳时所需的温度远低于现有技术，同时在多次循环使用后性能依然稳定。
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1.美国加利福尼亚大学伯克利分校的化学家团队研制出了一种黄色粉末COF-999，能更高效地吸收二氧化碳。
2.COF-999由碳氢化合物构成的微观支架组成，支架通过超强的碳-氮键和碳-碳键连接，类似于钻石中的化学键。
3.由于此，COF-999只需加热至60摄氏度时就能释放二氧化碳，远低于目前DAC工厂所需的100摄氏度以上。
4.此外，研究发现，在超过100次的捕获和释放循环后，粉末的性能没有明显下降。
5.COF-999还有潜力用于船舶，清除废气中的二氧化碳。
一小瓶COF-999（图片来源：加利福尼亚大学伯克利分校）
科学家和工程师正在研发大型设备，用于从大气中吸收二氧化碳。不过，这项技术不仅能耗巨大，成本也居高不下——每捕获一吨二氧化碳，花费可能高达1000美元。最近，美国加利福尼亚大学伯克利分校的化学家团队取得了一项新进展。他们研制出了一种黄色粉末，能更高效地吸收二氧化碳，有望为这一领域带来突破。
详细预测表明，为了实现气候目标，全球需要从大气中移除的二氧化碳，远远超过目前的捕获水平。为此，美国正在向开发直接空气捕获（direct air capture，DAC）技术的初创公司投入数十亿美元。这项技术用风扇将空气吹过碱性材料，这些材料能够与略呈酸性的二氧化碳结合。
加利福尼亚大学伯克利分校的研究生周子晖（Zihui Zhou）和教授奥马尔·亚吉（Omar Yaghi）提出了一种新方法。他们将胺类化合物嵌入一种被称为共价有机框架（covalent organic framework，COF）的晶体化合物中，后者表面积巨大。他们最终研制出了一种粉末，并将其命名为COF-999。这种粉末由碳氢化合物构成的微观支架组成，支架通过超强的碳-氮键和碳-碳键连接，类似于钻石中的化学键。胺类化合物则嵌在支架的空隙中，随时准备捕捉经过的二氧化碳分子。研究人员在《自然》（Nature）上报道称，当他们将空气泵过装满COF-999的管道时，这种粉末捕捉二氧化碳的速度创下了历史纪录。亚吉表示：“我们完全清除了空气中的二氧化碳。”
周子晖拿着100毫克COF-999样品（图片来源：加利福尼亚大学伯克利分校）
除了设备，直接空气捕获技术的最大成本通常是加热吸附材料所需的能量。加热的目的是让材料释放捕获的二氧化碳，这些二氧化碳随后会被封存或被用于工业。COF-999只需加热至60摄氏度时就能释放二氧化碳，远低于目前DAC工厂所需的100摄氏度以上。并且研究表明，在超过100次的捕获和释放循环后，粉末的性能没有明显下降。
亚吉表示，COF-999化合物还可能与传统碳捕获技术中的液态胺类化合物竞争。COF-999重量还很轻，只需200克COF-999，一年就能吸收20千克二氧化碳，相当于一棵树的吸收量。因此，COF-999还有潜力用于船舶，清除废气中的二氧化碳。
目前，已有公司在生产类似的材料——金属有机框架（MOF）。在这些晶体结构中，超强的化学键是由金属化合物而非碳氢化合物形成的。亚吉表示，COF-999比主流的金属有机框架更耐用也更防水，且在去除二氧化碳方面效率更高。
美国宾夕法尼亚大学的化学工程师珍妮弗·威尔科克斯（Jennifer Wilcox）曾在美国能源部从事碳去除相关工作，她却指出，COF-999粉末尚未在实际应用中进行测试。例如，如果将这种粉末涂在过滤器上或压制成颗粒，可能会大幅阻碍空气流动，增加吹气风扇的能耗。威尔科克斯表示，这些工程特性“将决定最终成本”。
本文选自《环球科学》2025年02月刊“前沿”栏目。