拜罗伊特大学 新型杂化材料的电子显微截面图像
可以非常精确地生产玻璃片，并通过间隔物将它们层叠在一起
信用:马丁·里 拜罗伊特大学的化学家已经开发出一种材料，这种材料很可能对气候保护和可持续工业生产做出重要贡献
使用这种材料，可以将温室气体二氧化碳(CO₂)从工业废气、天然气或沼气中分离出来，从而可用于循环利用
分离过程既节能又经济
在《细胞报告物理科学》杂志上，研究人员展示了这种材料的结构和功能
欧盟委员会在2019年提出的绿色协议要求欧盟内部的温室气体净排放量到2050年减少到零
这需要创新的工艺，从废气和其他气体混合物中分离和保留二氧化碳，使其不被释放到大气中
拜罗伊特开发的这种材料比以前的分离工艺有一个根本优势:它能够完全去除气体混合物中的二氧化碳，而不会化学结合二氧化碳
这些气体混合物可以是来自工厂的废气，也可以是天然气或沼气
在所有这些情况下，CO2仅仅由于物理相互作用而在材料的空穴中积累
从那里，它可以释放出来，而不需要消耗大量的能源，作为工业生产的一种资源再次使用
因此，从化学角度讲，分离过程是根据物理吸附原理进行的
就像一个宽敞的储存罐一样，这种新材料可以以节能的方式填充和排空二氧化碳
在拜罗伊特实验室，它被设计成只从最多样的气体混合物中分离出二氧化碳和其他气体
“我们的研究团队已经成功地设计出一种可以同时完成两项任务的材料
一方面，与二氧化碳的物理相互作用足够强，可以从气体混合物中释放并保留这种温室气体
然而，另一方面，它们足够弱，只需要少量的能量就能让二氧化碳从材料中释放出来，”马丁·里厄姆说
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他是新出版物的第一作者，也是拜罗伊特大学无机化学一研究组的博士研究员
这种新材料是无机-有机混合物
化学基础是由数百个单独的玻璃片组成的粘土矿物
它们每一个都只有一纳米厚，并且一个精确地排列在另一个上面
在单独的玻璃板之间有有机分子作为隔离物
它们的形状和化学性质已经被选择，使得所产生的孔隙空间被最佳地定制以积累CO2
只有二氧化碳分子可以渗透到材料的孔隙系统中并保留在那里
相比之下，甲烷、氮气和其他废气成分由于其分子的大小必须留在外面
研究人员利用所谓的分子筛效应来增加材料对二氧化碳的选择性
他们目前正在开发一种基于粘土矿物的膜系统，旨在实现从气体混合物中连续、选择性和节能地分离CO2
拜罗伊特实验室建立的特殊测量系统使得为分离和供应二氧化碳量身定制的混合材料的开发成为可能，该系统允许精确测定吸附气体的量和吸附材料的选择性
这使得工业过程能够逼真地再现
“我们的混合材料完全符合与工业二氧化碳分离过程评估相关的所有标准
它可以经济高效地生产，将为减少工业二氧化碳排放做出重要贡献，同时也有助于沼气和酸性天然气的加工，”里厄说
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