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作者:任霄鹏 来源:科学网 www.sciencetimes.com.cn 发布时间:2008-2-15 14:21:56
《科学》:新材料能选择性吸收温室气体

图片说明:一种ZIF结构。
图片来源:UCLA)
 
 
美国科学家的一项最新研究,在减少二氧化碳等温室气体的排放上取得了重要的进展。他们开发出一种新型材料,并证实该材料能够隔离并捕获二氧化碳分子。新的研究成果对于应对全球变暖、海平面上升、海洋生态系统破坏等问题具有重要意义。此外,该发现也能够让发电站摆脱毒性材料的使用,且能够有效地收集气体。相关研究论文发表在2月15日的《科学》杂志上。
 
进行该项研究的是美国加州大学洛杉矶分校的化学教授Omar M. Yaghi及其同事。Yaghi说,“选择性消除二氧化碳的技术难题已经被攻克,新发现的结构经过精确‘裁剪’,能够捕获并保存二氧化碳,并且没有逃逸。我们相信这会是一个转折点,在二氧化碳进入大气前就将其捕获。”
 
Yaghi小组设计出的新材料属于“沸石咪唑酯骨架结构材料”(zeolitic imidazolate frameworks,简称ZIFs),这是一类具有可调整孔洞大小及化学性质的金属-有机配位子结构(metal organic frameworks,简称MOFs)。ZIFs的表面积很大,而且在高温下不会分解,在沸水和有机溶剂中浸泡一周也仍然稳定。
 
实际上,Yaghi等人制造ZIF材料就是把传统沸石中的铝和硅元素用锌离子和钴离子等取代,而桥氧则被咪唑酯取代。不过,由于Yaghi实验室的Rahul Banerjee和Anh Phan令该合成过程自动化,他们能够在一小时内实现200个化学反应,大大高于一般情况下每天进行几个反应的速度。
 
在此次研究中,Banerjee和Anh两人共完成了9600个微化学反应,最终得到了25种新ZIF结构,并且证实了其中的ZIF-68、ZIF-69和ZIF-70这3种结构能够高选择性地捕获二氧化碳。Yaghi表示,“ZIFs对二氧化碳的选择性是其他一些材料无法匹及的。”
 
ZIF材料的内部可以存储气体分子,在化学结构上,它有一个类似于旋转门的薄盖,能够让大小合适的分子进入并将其存储,而阻碍较大或者形状不同的分子。研究生Phan说,“最美妙的地方在于我们能够自由选择‘门’的样子,控制能够进入的物质。”
 
ZIF-68、ZIF-69和ZIF-70都是开放式结构,通过将它们置于一氧化碳和二氧化碳,以及一氧化碳和氮气的两种混合气流中,研究人员确切证实了只有二氧化碳能够被捕获。
 
Yaghi表示,当前发电厂收集二氧化碳需要使用毒性材料,而且这一过程的能源消耗约为整个发电厂输出的20%—30%。相比之下,ZIFs能够从多种气体中将二氧化碳分离出来,而且其存储能力超出当前多孔碳材料的5倍。Banerjee说,“每公升ZIF能够捕获和存储83公升的二氧化碳。”(科学网 任霄鹏/编译)
 
(《科学》(Science),Vol. 319. no. 5865, pp. 939 - 943,Rahul Banerjee, Anh Phan, Omar M. Yaghi)
 
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