罰金を科す戦略

2022年11月3日特集

イングリッド・ファデリ著、Phys.org

近年、多くのエンジニアや材料科学者が、地球上の気候変動の緩和に役立つ持続可能なエネルギー ソリューションの開発に取り組んでいます。 これには、バイオマスや化石燃料の燃焼に依存する発電所や産業施設など、二酸化炭素 (CO2) が広く生​​産されている場所で二酸化炭素 (CO2) を回収または吸収するように特別に設計された炭素回収技術が含まれます。

いくつかの炭素捕捉ソリューションは有望な結果を達成しましたが、sp3 アミンを利用した従来の湿式化学スクラビング法に基づくものは、多くの場合、エネルギーを過剰に消費し、腐食や吸着剤の劣化を起こしやすくなります。 これにより、その広範な実施が大幅に制限され、代替の CO2 分離戦略の必要性が強調されます。

ジョンズ・ホプキンス大学、テキサス大学オースティン校、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らは最近、一連の酸化還元調整可能なルイス塩基（つまり、配位共有結合に供与できる孤立電子対を持つ分子）を導入した。 ) 可逆的に CO2 を捕捉および放出できる sp2 窒素中心を持ちます。 Nature Energy に掲載された論文では、これらのルイス塩基の特性を微調整する戦略についても概説しています。

「私たちは、電気化学サイクルを通じて二酸化炭素を可逆的に捕捉および放出できる、sp2窒素中心を持つ酸化還元調整可能なルイス塩基のライブラリーを実証します」とXing Li、Xunhua Zhao、Yuanyue Liu、T. Alan Hatton、Yayuan Liuは論文で述べている。 。 「炭素回収プロセスのメカニズムは、実験と計算を組み合わせたアプローチによって解明されます。」

研究者らの最近の研究は、CO2親和性により、酸化還元活性sp2窒素中心を持つルイス塩基を電気化学ポテンシャルを用いて調節することができ、代替のより効果的な炭素捕捉ソリューションの開発が可能になるという考えに基づいている。 この仮説を検証するために、研究者らはピラジン、ジアジン、チアジアゾール、アゾ部分などのsp2窒素中心を含む有機塩基のライブラリを編集した。

「酸化された形では、これらの化合物はどれもCO2と強い相互作用を示さない」と研究者らは論文に書いている。 「しかし、電解還元とその後の酸化挙動は、電解液中の CO2 の存在によって大幅に変化する可能性があります。」

Li氏らは、計算シミュレーションと実験の両方で、ルイス塩基吸着剤が炭素を捕捉できるメカニズムを明確に概説した。 その後、分子設計と電解質工学手法の両方を使用して、これらの吸着剤の特性を微調整できる (つまり、特定の用途に合わせて調整できる) ことを示しました。 研究者らは、作成したルイス塩基の特性を微調整することにより、二官能性アゾピリジンをベースとした特に有望なルイス塩基を特定することができました。

「我々は、電気化学的に媒介された炭素捕捉が期待できる二官能性アゾピリジン塩基を特定し、15%の二酸化炭素と5%の酸素の下でのフローシステムでのサイクリングで85%を超える容量利用効率を示した」とリー氏らは論文に書いている。 「この研究は、酸化還元活性二酸化炭素吸着剤の構造範囲を広げ、電気化学的条件下で調整可能な塩基性を持つ分子の設計ガイドラインを提供します。」

将来的には、リー氏らによって同定された二官能性アゾピリジン塩基を利用して、よりエネルギー効率が高く効果的な炭素回収技術が生み出される可能性がある。 さらに、彼らの研究は、ルイス塩基吸着剤に基づく他の炭素回収ソリューションの開発への道を開く可能性があります。

詳しくは： Xing Li et al、電気化学的二酸化炭素捕捉のための酸化還元調整可能なルイス塩基、Nature Energy (2022)。 DOI: 10.1038/s41560-022-01137-z

雑誌情報:自然エネルギー

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