日本的研究人員近期開發了一種新型碳基材料，能夠在較低溫度下釋放捕獲的二氧化碳，這可能會大幅降低碳捕獲的成本。目前大多數現有系統需要高熱才能釋放被困的二氧化碳，這一過程稱為脫附，通常需要超過 100℃（212°F）的高温，導致該過程能量密集且成本高昂。這是碳捕獲技術未能廣泛應用的主要原因之一，儘管這項技術已存在數十年。
這種新材料名為 viciazite，能在低於 60℃（140°F）的溫度下釋放大部分捕獲的二氧化碳，提供了一種更具能效的替代方案。這項研究由千葉大學的科學家主導，他們通過精確控制氮原子在碳結構中的排列，開發了三種不同類型的材料。碳基固體吸附劑已被視為比液體系統更具前景的替代品，因為它們可以以更少的能量捕獲二氧化碳。
不過，在大多數情況下，與二氧化碳結合的化學基團是隨機分佈的，這使得性能難以預測。新的方法改變了這一情況。研究團隊創造了氮含量基團以特定模式相鄰排列的材料，這種精確的排列改善了材料捕獲和釋放二氧化碳的能力。
為了構建這些材料，研究人員採用了包括高溫處理和化學修飾在內的多步驟過程。最終產生了三種不同版本的材料，每種材料具有不同的氮配置。性能測試顯示，其中兩種版本在捕獲二氧化碳方面的效率超過了標準碳材料。尤其是一種版本在脫附過程中表現突出，在顯著較低的溫度下釋放了大部分氣體。
研究者山田康宏表示，當 NH2 基團相鄰引入時，大部分吸附的二氧化碳在低於 60℃（140°F）時就會脫附。降低二氧化碳釋放所需的溫度可以減少能源消耗，因為這使得該過程可以利用工業廢熱，而非專用加熱系統。這可能使碳捕獲對於產生大量排放的行業（如發電和製造業）變得更具實用性。
此外，研究還發現不同的氮配置會影響材料的耐用性。雖然一種材料在較低溫度下表現最佳，另一種材料則因其化學結構展現出更好的長期穩定性。山田表示，我們的動機是為未來社會做出貢獻，利用我們最近發展的具有可控結構的碳材料。
除了碳捕獲之外，研究人員建議這些材料還可用於其他應用，包括金屬吸附和催化，因為它們的表面特性可調整。這項研究表明，這些氮配置可以以可控和可重複的方式構建，為設計更高效的碳捕獲材料提供了一個新方向。該研究發表在《Carbon》期刊上。
