发展CO₂直接空气捕集（DAC）技术，对实现碳中和具有重要意义。自1999年Lackner提出DAC概念以来，众多类型的捕获剂如多孔固体胺、碱金属氢氧化物溶液、金属有机框架(MOFs)和电化学活性有机介质等相继被开发。然而，以上DAC技术多依赖于化学吸附，吸附剂再生和CO₂释放能源成本高，制约了该技术的规模化应用。

我院曹雪波教授研究团队设想利用无溶液、可逆非共价键吸附来替代传统CO₂化学吸附。该课题组将2-乙基-4-甲基咪唑（EMI）通过π-π堆叠与碳纳米管（CNTs）纸耦合，成功设计了可用于DAC的太阳能再生CO₂呼吸纸（CBP）。DFT计算揭示了CNTs向EMI电子转移行为，使得CO₂在该CBP上的静电力吸附能处于CO₂捕获的理想吸附焓范围内，保证了CBP良好的吸附性能和再生性。

实验证实该CBP在不同的温度下展现出了优异的CO₂吸附容量和动力学特性，表明CBP在寒冷、温暖或炎热的气候下都具有潜在的DAC应用价值。此外，CBP在太阳能驱动CO₂释放方面也展现了巨大优势。在模拟阳光照射下，CBP能够在短时间内实现100%的CO₂释放。该研究还展示了该CBP在大规模生产和成本效益方面的潜力。作为太阳能再生DAC系统的核心组件，EMI/CNTs纸可以批量生产，并具有良好的成本效益。

【论文信息】

相关研究以“Optimizing CO₂ Adsorption/Desorption via the Coupling of Imidazole and Carbon Nanotubes Paper for Spontaneous CO₂ Uptake from Ambient Air and Solar-Driven Release”为题于2024年4月15日发表于材料科学顶级期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子19.0），嘉兴大学为第一单位，该研究得到了国家自然科学基金项目（22275074和22102063）的资助。