加州大学伯克利分校的研究人员开发出了一种名为共价有机框架(COF)的新型吸收材料，可以直接从空气中捕获二氧化碳(CO₂)。这一突破可能对降低大气中的二氧化碳水平和应对全球变暖发挥重要作用。该材料高效且耐用，为捕获和储存碳开辟了新的可能性。
碳捕获为何如此重要
捕获和储存二氧化碳对于减少温室气体和减缓全球变暖至关重要。大多数现有技术只能有效捕获发电厂废气等二氧化碳浓度非常高的来源中的二氧化碳。然而，从环境空气中捕获二氧化碳则更具挑战性，因为环境空气中的二氧化碳含量要低得多。这种方法被称为直接空气捕获 (DAC)，对于扭转二氧化碳水平不断上升的趋势必不可少，目前二氧化碳水平已达到 426 ppm。这比工业化前的水平高出约 50%。如果没有有效的DAC方法，就很难实现政府间气候变化专门委员会(IPCC)设定的将气温升幅限制在比历史平均水平高 1.5°C (2.7°F) 的全球目标。
极具潜力的新材料
这种新材料名为COF-999，是由加州大学伯克利分校化学教授奥马尔·亚吉 (Omar Yaghi) 领导的研究团队研制而成。与其他材料不同，COF-999 不会在接触水或其他常见空气污染物时分解。这使其在碳捕获系统中长期使用时更加稳定可靠。研究人员通过将室外空气通过装有该材料的小管来测试 COF-999。据 Yaghi 介绍，COF-999 能够彻底清除空气中的二氧化碳。“它为我们解决气候问题的努力开辟了新天地，”Yaghi 说。
COF-999 的工作原理
COF-999 采用强共价碳碳和碳氮双键构建而成。这些键形成了一种刚性结构，内部有微小且间距规则的孔隙。这些孔隙内衬有胺，这些胺是与 CO₂ 结合的分子。COF 可以从空气中吸收 CO₂。研究团队之前使用的材料名为 MOF-808(一种金属有机骨架)，也显示出捕获二氧化碳的潜力，但会随着时间的推移而降解。问题在于，MOF 含有的金属原子在某些条件下不稳定。而 COF-999 则由强共价键结合在一起，因此更耐用。这项研究的主要作者、研究生周子晖解释说，少量的 COF-999(约 200 克(不到半磅))一年内捕获的二氧化碳量与一棵树相当。
与传统的二氧化碳捕获方法相比，COF-999 具有多项优势。目前大多数技术都使用液态胺，需要大量能量才能再生。相比之下，COF-999 只需将吸收的二氧化碳加热至 60°C (140°F) 即可释放。此外，在 100 次捕获和释放循环中，COF-999 仍能保持稳定，不会失去其容量。研究人员在实验中表明，COF-999 在暴露于 25°C (77°F) 和 50% 湿度的空气中时，可在 18 分钟内达到其容量的一半。通过进一步优化，研究人员相信该过程可以变得更快。
Yaghi 乐观地认为，人工智能 (AI) 等新技术可以帮助设计出更好的材料。他是加州大学伯克利分校巴卡尔地球数字材料研究所 (BIDMaP) 的科学主任。该研究所利用人工智能寻找最佳化学条件，以创造用于碳捕获和其他应用的新型 MOF 和 COF。Yaghi 的团队希望通过先进材料与人工智能的结合，开发出更具成本效益和效率的碳捕获解决方案，以帮助应对气候变化。最终目标是创造易于部署的材料，以真正降低二氧化碳水平并保护我们的地球。
