京都大學(xué)、東京大學(xué)和中國(guó)江蘇師范大學(xué)的研究者們組成的研究團(tuán)隊(duì)，共同開發(fā)了一種選擇性地捕獲二氧化碳（CO2）分子并將其有效轉(zhuǎn)化為有用有機(jī)材料的新材料。該成果于2019年9月25日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

日中聯(lián)合開發(fā)出選擇性捕獲二氧化碳并轉(zhuǎn)換為有機(jī)材料的新材料

圖1. 這種新型的多孔配位聚合物含有螺旋槳狀的分子結(jié)構(gòu)，能夠選擇性地捕獲CO2，并將其有效地轉(zhuǎn)化為有用的碳材料。 （插圖由Izumi Mindy Takamiya提供）

人類消耗化石燃料導(dǎo)致全球二氧化碳排放量上升，從而引起了全球變暖和氣候變化等嚴(yán)重問題。解決該類問題的一種辦法是從大氣中捕獲和隔離碳，但是目前所有的方法都需要消耗大量的能量。 CO2的低反應(yīng)性使其難以被有效捕獲和轉(zhuǎn)化。

“我們成功設(shè)計(jì)了一種對(duì)CO2分子具有高親和力的多孔材料，可以將其快速有效地轉(zhuǎn)化為有用的有機(jī)材料?！?京都大學(xué)集成細(xì)胞材料科學(xué)研究所（iCeMS）的材料化學(xué)家大竹研一說道。該材料是一種多孔配位聚合物（PCP，也稱為MOF-金屬有機(jī)骨架），一種由金屬鋅離子組成的骨架。研究人員使用X射線結(jié)構(gòu)分析對(duì)該材料進(jìn)行探測(cè)發(fā)現(xiàn)，該材料能夠選擇性地捕獲CO2分子，且其捕獲效率是其他PCP材料的十倍以上。該材料含有一種有機(jī)成分，這種成分具有螺旋槳狀的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)CO2分子靠近該結(jié)構(gòu)時(shí)，它們會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并重新排列以使CO2得到捕集，進(jìn)而引起PCP中分子通道的細(xì)微變化。這種變化使該P(yáng)CP充當(dāng)分子篩，通過大小和形狀識(shí)別與篩選分子。 PCP可以重復(fù)利用，即使經(jīng)過10個(gè)反應(yīng)循環(huán)，催化效率也未降低。

京都大學(xué)材料化學(xué)家北川進(jìn)說：“最綠色環(huán)保的碳捕獲方法之一是將二氧化碳循環(huán)利用并將其制成具有高價(jià)值的化學(xué)品，例如可用于石油化工和制藥業(yè)的環(huán)狀碳酸酯。” 捕獲碳后，轉(zhuǎn)換制成的材料可用于制造聚氨酯。聚氨酯具有廣泛的用途，包括用于服裝、家用電器和包裝材料。該研究工作彰顯出多孔配位聚合物在捕獲二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為有用材料方面的潛力，為今后碳捕獲材料的研究開辟了新道路。