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已认?/p>
COF 材料登《Nature》，CO2直接空气捕集依旧是目前的热点话题?024?0?3日，UC Berkeley 在其官网分享该校团队在《Nature》中发布研究成果的喜讯，我们也在官网照片中发现了熟悉 Micromeritics 的“身影”、/span>
*图中仪器 Micromeritics BTA 穿透曲线吸附仪
CO2直接空气捕集更容易了?nbsp;
来自加州大学伯克利分校的 Omar M. Yaghi 教授团队在《Nature》上发表论文题为 “Carbon dioxide capture from open air using covalent organic frameworks”、/strong>
文中指出，首次合成出 COF-999 材料具有很强 CO2亲和力，是直接空气捕集的绝佳材料。COF-999 的开发为设计具有更强框架骨架和更 CO2捕集能力的新型材料开辟了道路，有助于实现碳中和目标、/span>
Omar M. Yaghi 教授是美国科学院院士，专注于金属有机多孔晶体材料（MOFs）、共价有机多孔晶体材料（COFs）、沸石咪唑酸酯骨架材料（ZIFs）等领域研究，是该领域的开拓者和奠基人，也是世界储氢材料专家，创建了网状化学，是世界化学、材料领域的领军人物、/span>
在此次该团队发表的论文中，既有令人惊喜的突破性材料，也有精彩纷呈、细致入微的实验手段。通过下文，我们会详细解说其文中与 Micromeritics 产品相关的实验重点。希望通过此文，与所有致力于实现碳中和目标的研究人士共同探讨学习，获得灵感、/span>
单组 CO2气体吸附
来自 Micromeritics 的经典强?nbsp;
文中 25 下对 COF-999 进行单组 CO2气体吸附等温线测量，使用 Micromeritics 3Flex 物理吸附仪、/span>3Flex 测量基于静态体积法，如下图所示， 0.4 mbar?00 ppm，接近空气中 CO2分压条件）下，COF-999 CO2的吸收量 0.91 mmol/g。文中指出， 25 下，N2、O2 Ar 的吸附等温线为线性形状，吸附量非常低，可忽略不计。这些气体吸附等温线数据表明，相较于环境空气中的其他成分，COF-999 CO2具有很高的选择性，能够高效地捕 CO2、/span>
?. Micromeritics 3Flex 25 CO2 吸附等温线放大图
Micromeritics 3Flex
Micromeritics BTA
多组分气体动态吸陃/strong>
麦克仪器带来高度稳定的重复性测?nbsp;
文中采用 Micromeritics BTA 穿透曲线分析仪 25 下对 COF-999 进行多组分气体动态吸附测量、/span> 2 显示的是 BTA 的配置，包含四路进气口，并通过蒸汽发生器鼓泡法产生水蒸汽，实现模拟干燥空气和含不同湿度空气的多组分气体测量、/strong>
?. Micromeritics BTA 动态吸附穿透吸附仪配置
3 显示的是 25℃，50% 相对湿度（RH）@ 400ppm CO2穿透实验的穿透曲线图谱，由图可以看出，在 COF-999 材料中，水蒸汽吸附比 CO2吸附先达到饱和。图中陡峭的穿透曲线说明在动态吸附过程中几乎没有传质限制、/span>
?. Micromeritics BTA 400 ppm CO2?0% RH @25℃，
COF-999 动态吸 CO2的穿透曲纾/p>
为了验证水蒸汽对 CO2吸附的影哌/span>，文中测量了 25 时，不同RH?%-75%）下 COF-999 400 ppm CO2的穿透吸附曲线。为了保证测量的准确性和稳定性，文中作者非常严谨地分别对同一批样品进行三次重复性测试（如图 4a 所示），且对三批不同的样品进行平行性测试（如图 4b 所示）、/span>
?. 400 ppm CO2@25℃下，COF-999 动态吸 CO2的穿透曲线：
a, 同一样品在不同湿度下三次重复性测诔
b, 三个样品在不同湿度下的平行性测诔/span>
从上 BTA 的平行?重复性测试结果中可以看出，以 0% RH @25 为例，COF-999 400 ppm CO2的吸附量 0.96±0.03 mmol/g，与 3Flex 静态体积法 0.4 mbar 测量得到 0.91 mmol/g CO2吸附量一致，说明了单组分 CO2的静态吸附测量（3Flex 物理吸附仪）和动态吸附测量（BTA 穿透曲线分析仪）的一致?/strong>。根据上面的穿透实验曲线积分计算，在保证恒定的吸附温度的前提下，将不同湿度 400 ppm CO2进行穿透吸附测量，CO2的吸附量会随着湿度增加而增加，如图 5 所示，水蒸汽对 CO2吸附的积极影响源自于 COF-999 多孔晶体结构中的胺官能、/span>
?. 400 ppm CO2?0% RH @25℃下，COF-999 CO2 吸附量随湿度的变匕/span>
多组分气体动态吸陃/strong>
麦克仪器提供灵活多变的实验选择
进一步，为测 COF-999 在不 CO2浓度下的 CO2吸附量，文中通过 BTA 模拟干燥和不同湿度条件下的不 CO2浓度进行多组分气体测量、/strong>如图 6 所示，分别测量 25 @4% CO2（图 6a，模拟天然气烟道气） 15% CO2（图6b，模拟煤炭烟道气）在不同湿度 COF-999 CO2的吸附量。实验结果表明，与低浓度?00 ppm）CO2的测试结果一致，COF-999 对高浓度 CO2也保持很高的 CO2吸附量。以75%RH 为例，COF-999 CO2吸附量分别为 3.17 mmol/g?% CO2）和 3.24 mmol/g?5% CO2）、/p>
?. a, 4% CO2@25 b, 15% CO2@25℃，
COF-999 在不同湿度下 CO2的动态吸附穿透曲纾/p>
文中为测 COF-999 CO2的吸附动力学，作者在 BTA 上装载了 5 mg COF-999，在 25 下通入 50% RH 400 ppm CO2进行测量、/span>由上文的实验结果可知，在 25 @50% RH?00 ppm CO2实验条件下，COF-999 CO2吸附量为 2.05 mmol/g。如 7 所示，吸附 18.8 分钟时，CO2吸附量达到总吸附量 50%；吸 61.7 分钟时，CO2吸附量达到总吸附量 80%。测试过程中，最大的 CO2吸附速率 0.11 mmol/(g·min)。据作者所述，这是目前报道过从空气中捕 CO2的最快吸附速率，这得益 COF-999 的周期性网络结构、/span>
?. 400 ppm CO2?0%RH @25℃下，COF-999 CO2 吸附动力学过稊/span>
文中作者采 BTA 验证 COF-999 CO2脱附动力学，并对比了不同脱附温度 COF-999 CO2脱附速率的影响、/span>同样地，5mg COF-999 25 @50% RH?00 ppm CO2实验条件下吸附饱和后，将气流切换到惰 N2氛围进行恒温脱附。图 8a 显示的是不同温度?0?0?00℃）下的 CO2脱附行为，图 8b 计算 CO2的脱附速率随着温度的变化，脱附温度越高，CO2的脱附速率越快。COF-999 的疏水性多孔结构，降低了水的吸附和 CO2的再生温度（60 即可脱附），加速了 CO2的脱附、/span>
?. COF-999 在不同温度下: a, CO2 脱附动力学过程；b, CO2 脱附速率
百次循环，依然稳宙/strong>
麦克仪器提供强大的实验支?nbsp;
最为关键的是，COF-999 不仅仅具 CO2吸附高容量，且具有非常好的循环稳定性。文中作者采 BTA 进行变温吸附＋/span>先将 COF-999 ?5 @50% RH?00 ppm CO2实验条件下饱和吸 CO2，然后升温至 60 的再生温度脱 CO2。如 9 所示，10 次吸脱附循环后，COF-999 仍保留了 CO2的吸附容量、/span>
?. 400 ppm CO2?0% RH @25℃下 10 次吸脱附循环＋/span>
COF-999 CO2吸附量变匕/span>
在上述模拟空气组分的穿透实验结果的前提下，作者验证了 COF-999 对实际暴露空气中 CO2吸附行为、/span> BTA 上将实验室外空气直接通入 COF-999 中进行长 20 天的 100 CO2吸附-脱附循环稳定性测试， 25 吸附 CO2?0 脱附 CO2、/strong>如图 10 所示，在这 20 天，环境 CO2浓度 410 ppm-517 ppm 内变化，环境湿度 28%-51%变化。以净化空 CO2浓度 300 ppm 为目标，COF-999 CO2的捕集效率在 1.03 mmol/g-1.48 mmol/g 变化，计算此 100 次的平均捕集效率 1.28 mmol/g、/span>
?0. 20天内，环境中 CO2 浓度、湿度和 CO2 捕集效率的变匕/span>
最后，作者为了考察经过 100 次循环稳定性测试后 COF-999 的整体化学稳定性， 100 次脱 CO2干净后的 COF-999 再次采用Micromeritics 3Flex BTA 测量 25 其单组分 CO2吸附等温线和模拟空气?0%RH?00 ppm CO2动态穿透曲线， 11 结果显示，COF-999 结构没有发生改变，保留了 CO2吸附量。文中作者总结，据以上 DAC 的实验结果可知，高效且稳定的 COF-999 是捕 CO2非常卓越的多孔吸附材料，是目前碳捕集研究领域最有前景的材料之一、/span>
?1. 100次空 CO2吸脱附循环后 COF-999９/span>
a, 25 @CO2吸附等温线；
b, 25 @400 ppm CO2穿透曲纾/span>
在探索达成碳中和目标的路上，Micromeritics 一直努力发挥自身技术优势，助力世界绿色发展。如您想更加深入了解我们的技术及产品，欢迎与我们联系、/span>
