本文1078字，阅读约需3分钟

摘要：日本京都大学等组成的共同研究小组宣布，已成功开发出一种在常温常压下将二氧化碳转化为多孔性材料的新方法，通过该方法，能够实现CO₂的高效转换和资源化，促进可持续发展。

关键字：多孔性材料、常温常压、PCP/MOF、胺、金属离子

10月8日，日本京都大学（以下简称“京大”）、株式会社JEOL RESONANCE和日本理化学研究所（以下简称“理研”）共同宣布，已成功开发出一种在常温常压下将二氧化碳（CO₂）转化为有用的多孔性材料的新方法。

因人类的社会活动而增加的大气中的CO₂被认为是许多环境问题的原因之一。如果能将CO₂转换为有用的材料和燃料，则有望解决环境问题，并实现社会的可持续发展。然而迄今为止，许多研究在实际应用方面都存在课题，这是因为在将CO₂转换为有用材料时，需要在高温高压下进行反应，或需要使用昂贵的贵金属催化剂。

因此，在本次研究中，该共同研究小组的重点是多孔性材料，近年来，多孔性材料取得了很大的进展，并应用于从储能到气体分离等广泛领域。另外，本次研究特别着眼于多孔性金属配合物“PCP/MOF”，PCP/MOF具有由金属离子和有机分子组成的攀爬架式的结构，自90年代后半期被发现以来，至今已开发出9万多种，其中一部分已被用于半导体气体的储存等，但都不是以CO₂为原料制作的。

在本次研究中，成功开发了一种仅通过一个工序就能够以80%以上的高收率合成PCP/MOF的方法，在该工序中，CO₂被吹入含有被称为“哌嗪”的有机分子胺和廉价且无毒的锌离子（Zn²⁺）（考虑其应用性）的溶液中。反应在几分钟内完成，所获得的PCP/MOF具有高纯度。另外，通过设计胺和金属离子的组合，可以将常温常压下的CO₂转化成各种各样的PCP/MOF。

（左）在常温常压下由CO₂制成的PCP/MOF的晶体结构。

（右）由哌嗪（胺）和CO₂形成可交联配体，同时与锌离子(Zn²⁺)反应形成PCP/MOF

对这样形成的PCP/MOF的详细情况进行调查后证实，CO₂会与胺发生反应，并作为可交联配体存在，除此以外，通过将来自CO₂的可交联配体与金属离子连接起来，观察到具有高周期性的均匀的小孔。这些小孔的尺寸是1nm，从其结构来看，每重量30%以上由CO₂构成。此外，通过理论计算所得到的CO₂的状态虽然是从常温下的反应中得到的，但通过与金属离子的强相互作用，稳定地结合到结构中。

该合成方法适用于各种条件，例如，通过一次反应就可以将9升（16g）的CO₂转化为50g的PCP/MOF粉末，并可以将其作为固体密封起来，此外，使用空气来测试该反应后发现，空气中存在的低浓度(0.04%)的CO₂会与胺金属离子发生反应。

此外，还证实了可以在合成的PCP/MOF的小孔中储存大量的CO₂。在本次研究中，在常温下施加26个大气压后，实现了在1g的材料中含有0.7g的CO₂的高浓缩状态。

（左）通过CO₂流生成的PCP/MOF的大量合成的例子。以超过80%的收率和高纯度获得产品。

（右）从9L（16g）的CO₂中得到的PCP/MOF粉末（50g）

据该研究小组称，通过设计金属离子和胺的组合，有望合成具有各种结构和功能的多孔性材料，并扩大资源回收的目标范围，例如含有大量杂质的工厂废气中的CO₂。

常温常压下将二氧化碳转化成多孔性材料的方法