蘇黎世聯邦理工學院的研究人員正在開發一種捕捉二氧化碳的新方法，這種方法涉及到暴露在光線下會變成酸性的分子。
他們開發了一種不同溶劑的特殊混合物，以確保光-活性分子在很長一段時間內保持穩定。他們的新工藝比傳統技術需要更少的能源。
在電化學能源系統教授Maria Lukatskaya的帶領下，科學家們正在利用這樣一個事實，即在酸性含水液體中，二氧化碳以CO2的形式存在，但在堿性含水液體中，它會反應形成碳酸鹽。這個化學反應是可逆的。液體的酸度決定了它是含有二氧化碳還是碳酸鹽。
為了影響液體的酸度，研究人員在液體中加入了一種叫做光酸的分子，這種分子對光起反應。如果用光照射這種液體，分子就會使其呈酸性。在黑暗中，它們會回到原來的狀態，使液體更具堿性。
這就是ETH研究人員的方法的詳細工作原理:研究人員在黑暗中通過含有光酸的液體將空氣從空氣中分離出二氧化碳。由于這種液體是堿性的，二氧化碳會發生反應，形成碳酸鹽。一旦液體中的鹽積累到一定程度，研究人員就會用光照射液體。這使得它呈酸性，碳酸鹽轉化為二氧化碳。二氧化碳從液體中冒出來，就像在一瓶可樂中一樣，可以被收集到氣罐中。當液體中幾乎沒有剩下任何二氧化碳時，研究人員關掉燈，循環重新開始，液體準備好捕捉二氧化碳。
完全取決于混合物
然而，在實踐中，有一個問題:所使用的光酸在水中不穩定。“在我們最早的實驗過程中，我們意識到分子會在一天后分解，”Lukatskaya小組的博士生、該研究的主要作者Anna de Vries說。
所以Lukatskaya, de Vries和他們的同事分析了分子的衰變。他們解決了這個問題，不是在水中進行反應，而是在水和有機溶劑的混合物中進行反應。科學家們能夠通過實驗室實驗確定兩種液體的最佳比例，并能夠解釋他們的發現，這要歸功于巴黎索邦大學的研究人員進行的模型計算。
首先，這種混合物使他們能夠將光酸分子在溶液中保持穩定近一個月。另一方面，它確保了光可以根據需要在酸性和堿性之間來回切換溶液。如果研究人員使用無水的有機溶劑，反應將是不可逆的。
不加熱
其他碳捕獲過程也是周期性的。一種已建立的方法是使用過濾器在環境溫度下收集二氧化碳分子。為了隨后從過濾器中去除二氧化碳，這些過濾器必須被加熱到大約100攝氏度。“相比之下，我們的過程不需要任何加熱或冷卻，所以它需要更少的能源，”盧卡茨卡婭說。不僅如此，ETH研究人員的新方法可能只在陽光下工作。
“我們系統的另一個有趣的方面是，我們可以在幾秒鐘內從堿性變為酸性，并在幾分鐘內恢復堿性。”德弗里斯解釋道。
通過這項研究，研究人員已經證明，光酸可以在實驗室中用于捕獲二氧化碳。他們走向市場成熟的下一步將是進一步提高光酸分子的穩定性。他們還需要調查整個過程的參數，以進一步優化它。
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