摘要：随着行业寻求碳捕获的创新解决方案，科学家们转向了高级材料，这些材料有效地捕获并存储工业排放中的二氧化碳（CO）。最近的一项研究阐明了所谓的CALGARY框架20（CALF-20）的气体吸附物理，这是一种基于锌的金属有机框架（MOF）。在应用高级技术的组合时，科学家揭示了材料在不同条件下的独特适应性。...

随着行业寻求碳捕获的创新解决方案，科学家已转向高级材料，这些材料有效地捕获并存储工业排放中的二氧化碳（CO₂）。 A recent study of a team from the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Dresden University of Technology (TUD), and Maria Curie-Skłodowska University in Lublin (Poland) sheds light on the gas adsorption physics of so-called Calgary Framework 20 (CALF-20), a zinc-based metal-organic framework (MOF).在运用高级技术的组合时，科学家揭示了材料在不同条件下的独特适应性，因为它们在期刊上报告小的。该研究强调了小牛20如何有效捕获Co₂，同时抵抗水的干扰，这是碳捕获材料中的常见问题。

Co₂捕获技术依赖于可以从气流中选择性地捕获温室气体的材料，同时最大程度地减少能耗。在潮湿的环境中，传统的吸附剂，例如活化的碳和沸石通常会遭受高能量需求或选择性不佳。相比之下，小牛20由于其高含量吸收和温和的吸附和再生热量而脱颖而出。它通过在适度潮湿的条件下优先吸附在水上的浓度来维持高选择性。与其他广泛研究的类似化合物相比，CALF-20可更有效地捕获CO₂，并在这种情况下吸收更少的水。所有这些MOF都是高度多孔的，由金属氧簇制成，它们通过有机化学物质的支柱以结构化的方式连接。这种三维安排导致空腔网络让人联想到厨房海绵的毛孔。

在这项研究中，我们采用了多方面的方法来研究小牛20的吸附行为。使用正电子净化寿命光谱法（PALS）的结合，原位粉末X射线衍射（PXRD），以及气体吸附实验，以及我们的内部互动之间的互动范围，并在这些级别之间进行了脉络的互动，这些均可及其内部的构成差异。提供重要的信息，以优化现实世界中的CO捕获技术。” HZDR辐射物理研究所的Ahmed Attallah博士解释说。

深入研究吸附机制

"PALS plays a critical role in analyzing how gases interact with porous materials. This technique measures the lifetime of positronium, a bound state of an electron and a positron, which is sensitive to local free volumes. In porous materials like CALF-20, positronium lifetimes indicate empty spaces, their size, and how they change when gas molecules start to fill the pores," Prof. Radosław Zaleski from the Maria卢布林说，居里 - 斯克洛多夫斯卡大学。

通过PALS，研究人员观察到Co₂最初聚集在Calf-20纳米孔的中心，在粘附到孔隙壁之前形成结构化的布置。这种进展与增加的压力相关，证实了朋友可以实时分子吸附步骤。该方法还表明，即使在毛孔填充毛孔之后，少量游离体积持续存在，这对于提高吸附效率至关重要。

PAL在区分材料中的Co₂和水如何相互作用方面特别有用。在潮湿的条件下，PALS数据显示，水形成湿度低的群集，但在较高的湿度水平下，它形成了相互联系的网络。 “这些结构性变化会影响孔的可及性，但CALF-20在相对湿度下保持其显着的co co co co co co co co co co的吸附能力低于40％。仅传统的气体吸附方法将难以解决这些良好的结构变化，这表明了PALS在分析动态气体相互作用中的独特价值。”

湿度的影响：Co₂捕获中的关键挑战

在工业应用中，很少从干气流中捕获CO₂-几乎总是存在水分。这对许多材料构成了挑战，因为水分子经常与Co₂竞争吸附位点，从而降低了效率。

通过原位湿度控制的实验，该团队发现Calf-20即使在存在水的存在下，相对湿度的水平也定义了这种稳健性，CALF-20也保持了稳健的吸附性能。在低湿度下，水分子在框架内保持孤立。该网络的形成改变了材料的自由体积，但Co₂仍然发现了可用的吸附位点，表明在潮湿条件下Calf-20的弹性。在越来越高的湿度水平下，它们形成相互联系的氢键网络，从而使水吸收占主导地位。

通过将PAL与其他特征技术整合在一起，本研究提供了对小牛20如何在各种环境条件下捕获CO₂的全面理解。结果表明，Calf-20可以作为工业co捕获的可扩展且节能的解决方案，尤其是在湿度带来挑战的环境中。 CALF-20由Calgary大学的研究人员开发的，Calf-20已经扩展到多吉尔图生产，使其成为现实世界应用的强大候选人

这些含义超出了基本科学 - 这些见解可能为优化下一代MOF铺平道路，以在碳捕获和存储（CCS）应用中进行大规模部署。进一步的研究将集中于长期稳定性和过程整合，更接近于在减轻工业共同策略中的CALF-20的实施。

该研究得到了DFG（Deutsche Forschungsgemeinschaft）的支持，该研究是根据合同464857745（在289/1-1和KA1698/41-1）的支持。