摘要：2024年10月16日，大连理工大学陆安慧教授、郝广平教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Anomalous enhancement of humid CO2capture by local surface bound wat

物理吸附法去除低浓度且与水共存的密闭空间二氧化碳（CO2）是必要的，但具有挑战性。为了使去除过程有效，使纳米孔表面疏水以抵抗水是流行的方法。

2024年10月16日，大连理工大学陆安慧教授、郝广平教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Anomalous enhancement of humid CO2 capture by local surface bound water in polar carbon nanopores》的研究论文，郑哲为论文第一作者，陆安慧教授、郝广平教授为论文共同通讯作者。

陆安慧，大连理工大学化工学院教授，精细化工国家重点实验室副主任，国家杰青，教育部长江学者特聘教授。1996年本科毕业于太原理工大学，2001年在中科院山西煤化所取得博士学位。

陆安慧教授的研究方向为催化新材料、多孔材料设计合成及规模化制备工艺、气体吸附分离与纯化、低碳烷烃制烯烃及其衍生物、低碳醇的催化转化、新型化学电源聚焦能源高效清洁利用领域。他主要从事多孔材料的制备及在能源催化转化过程中的基础和应用研究，已发表论文360余篇，被引31000余次，H-index为82。

郝广平，大连理工大学化工学院教授，国家级青年人才计划入选者，洪堡学者，欧盟玛丽居里学者。2013年博士毕业于大连理工大学，导师：陆安慧教授。2013-2016年在德累斯顿工业大学从事博士后研究，合作导师：Stefan Kaskel教授，2016-2018年在曼彻斯特大学从事博士后研究，合作导师：Andre Geim教授（诺贝尔奖获得者）。2018年加入大连理工大学。

郝广平教授主要从事能源化工催化分离研究，研究方向包括纳米炭等多孔材料制备、气体分离与纯化、碳捕集与催化转化等。在Nat. Nanotech.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、化工学报、新型炭材料、无机盐工业等权威国际、国内学术期刊发表研究论文80余篇，他引6000余次。

在这项工作中，研究人员没有阻止水占据纳米孔，而是建议利用客体水在空间上选择性地形成局部表面结合水，并进一步诱导优先捕获CO2。

研究人员观察到在潮湿条件下具有空间选择性极性位点的碳纳米孔上CO2捕获性能的显著增强。事实证明，表面结合水在极性碳纳米孔的非CO2选择性区域形成，从而产生额外的CO2捕集位点。

本工作可能会启发设计用于恶劣条件下分子分离和纯化的环境耐受材料。

图1：不同极性的纳米孔和共存水对CO2捕获性能的影响

图2：MPC-H的再生以及在不同材料上扩展增强效应

图3：在干燥和湿润条件下CO2吸附过程中的动态结构变化

图4：CO2捕获增强效应的量化

图5：使用设计的MPC吸附剂的典型应用案例和模拟结果

综上，该研究提出了一种在极性碳纳米孔中利用共存水选择性形成局部表面结合水的新方法，以增强湿润条件下的二氧化碳捕获性能。研究发现，表面结合水在非二氧化碳选择性区域形成，从而创造了额外的二氧化碳捕获位点，这一现象在湿润条件下的二氧化碳捕获性能上表现出明显的增强效果。

该研究开发了一种能够在湿润环境中有效捕获低浓度二氧化碳的新型材料，这对于空间站、潜艇等密闭空间的二氧化碳去除具有重要意义。此外，这种材料还展现出了优异的循环稳定性和能量效率，为分子分离和净化材料的设计提供了新的思路，特别是在恶劣环境条件下具有广阔的应用前景。

Zheng, Z., Wang, YS., Wang, M. et al. Anomalous enhancement of humid CO2 capture by local surface bound water in polar carbon nanopores. Nat. Commun. 15, 8919 (2024).

来源：华算科技