陈曦Joule：水分驱动的CO2吸附剂

Nanoyu

2020-07-30

界面上的离子水合和脱水反应无处不在，在众多的化学、物理、生物、环境系统中起着关键作用。离子的水合作用不仅影响相邻水分子的结构和动力学，还通过形成高结构的水分子影响极化和电荷转移。通过分子模拟可以更好地理解固体表面离子、离子对和离子水合之间的相互作用。一种直接空气捕集（DAC）吸附剂（离子交换树脂[IER]）在干燥时强烈结合二氧化碳，在潮湿时释放二氧化碳。而传统的DAC热摆动吸附技术在再生过程中需要大量的能量。

近日，哥伦比亚大学陈曦教授报道了一种包含离子交换或纳米孔材料和碳酸根离子的节能系统，该系统只需控制与吸附剂接触的水量（水分），即可从周围空气中捕获二氧化碳。

文章要点

1）当周围环境干燥时，该系统将二氧化碳从空气中结合起来，而当环境潮湿时，该系统会将二氧化碳解吸。

2）研究人员利用量子力学模拟研究了这种CO2吸附和解吸系统的设计，并通过实验进行了验证。其作用机理为碳酸盐离子与水分子化学反应的自由能变化；自由能变化随材料中水分子数目的减少而减小。

3）研究人员阐述了吸附剂的孔径、阳离子间距和表面疏水性对CO2捕集效率的影响。

这项研究揭示了如何优化高效的直接空气捕获系统，从而有助于“负排放技术”的发展。

Shi et al., Moisture-Driven CO2Sorbents, Joule (2020).

DOI：10.1016/j.joule.2020.07.005

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.005