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第一作者：Huaiguang Li

通訊作者：Alexander C. Forse

通訊單位：劍橋大學

論文速覽

減排和清除大氣中的溫室氣體對于實現凈零排放和限制氣候變化都是必要的，需要改進用于從大氣中捕獲二氧化碳（CO₂）的吸附劑，該過程稱為直接空氣捕獲。特別是，可在低溫下再生的低成本材料將克服當前技術的局限性。本研究旨在開發新型的CO₂吸附材料，以實現直接空氣捕獲（DAC）技術，降低溫室氣體排放，對抗氣候變化。

研究團隊介紹了一類名為“充電吸附材料”的新型設計材料，這類材料通過類似電池的充電過程，在低成本活性炭的孔隙中累積離子，這些離子隨后作為CO₂吸附的活性位點。研究中使用了活性氫氧根離子對碳電極進行充電，制備出的吸附材料能夠在低溫（90-100 °C）下通過碳酸鹽/碳酸氫鹽的形成快速捕獲環境中的CO₂。與傳統的碳酸鹽相比，充電吸附材料的再生可以在較低溫度下實現，并且其導電性質允許使用可再生電力直接通過焦耳加熱進行再生。

圖文導讀

圖1：充電吸附材料的制備過程。

圖2：氫氧根充電吸附材料的制備和CO₂吸附實驗結果。

圖3：固態核磁共振（NMR）實驗探究PCS-OH中CO₂的結合機制。

圖4：直接空氣捕獲（DAC）測試和焦耳加熱再生實驗。

總結展望

本研究開發的充電吸附材料PCS-OH在低壓力下展現出了優異的CO₂捕獲能力，能夠在環境空氣中直接捕獲CO₂，并且可以通過低溫焦耳加熱實現再生。實驗數據顯示，在0.4 mbar和25 °C條件下，PCS-OH的CO₂容量為0.26 mmol g^-1，顯著高于對照樣品。

此外，PCS-OH在150次吸附/脫附循環后顯示出穩定的循環容量，假設N₂吸附可忽略不計，表現出了良好的穩定性。結果表明，充電吸附材料有望成為化學分離、催化等領域的新型低成本材料。

文獻信息

標題：Capturing carbon dioxide from air with charged-sorbents

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07449

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