碳捕集是应对气候变化的重要策略，但它面临技术障碍，并且通常能耗高、成本昂贵。为推动这一领域的必要进展，麻省理工学院（MIT）研究团队在MIT气候与可持续发展联盟（MCSC）的支持下，正在探索能效高且可扩展的传统二氧化碳（CO₂）捕集方法的替代方案。传统的胺洗涤法作为当前CO₂捕集的标准，因其能耗高且难以规模化，限制了其在减少碳排放和将CO₂转化为有价值产品方面的影响。
在《自然能源》杂志上发表的新文章中，MIT的研究人员——化学工程系研究生Fang-Yu Kuo、机械工程系研究生Gi Hyun Byun、机械工程系教授Betar Gallant，以及前MCSC博士后Impact Fellows Glen Junor和Akachukwu Obi——探讨了一种对传统CO₂捕集方法的有前景的替代方案。他们的研究成果可能在实现高效灵活的碳捕集和去除方面取得突破。
该团队研究了一种替代方法，即电化学介导的CO₂捕集（EMCC）。这种方法能够实现CO₂分离的电气化——理想情况下由可再生能源驱动，但目前面临挑战，例如依赖需要高还原电位的吸附剂，氧还原副反应变得显著，这可能会影响效率和长期性能。为了解决EMCC的这一缺陷，MIT团队研究了N-杂环亚胺（NHI）作为一种新的EMCC吸附剂的有效性。Fang-Yu Kuo表示：“NHI近年来作为CO₂吸附剂显示出前景，因为NHI分子修改便于调节其碱性。我们的工作首次将NHI应用于EMCC领域，并证明基于NHI的吸附剂可以通过独特的分离机制进行电化学调制，从而避免施加高还原电位的需要。”
该团队的初步研究建立了一种新型的双（NHI）结构，可以实现每个电子理论上调制两个CO₂分子。初步发表的结果还表明，通过进一步的分子工程强化双（NHI）结构的CO₂结合亲和力，该双（NHI）可以在更为多样的电解质环境中运行，为优化系统性能开辟了新的可能性，包括电子效率、能量效率和操作灵活性。“我们工作的一个关键未来方向是深入了解双（NHI）自由基阳离子的稳定性和降解路径，”Kuo说。“理解这些路径将为下一代双（NHI）分子的合理设计提供信息，从而实现更长的操作寿命和增强的循环耐久性，以便于实际应用。”
博主点评： MIT团队在碳捕集领域的研究不仅展示了NHI作为新型吸附剂的潜力，同时也为电化学介导的CO₂捕集提供了创新思路。随着对分子工程的深入探索，未来有望实现更高效且可持续的碳捕集技术，这对于应对全球气候变化至关重要。