Учёные из Университета Тиба разработали новый тип углеродного материала с контролируемой структурой, который может существенно снизить стоимость технологий улавливания углекислого газа за счет уменьшения энергозатрат при его высвобождении.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Carbon. Исследование проводилось под руководством доцента Ясухиро Ямада.
Ключевой особенностью разработки стало управляемое размещение атомов азота в структуре углеродного материала. В отличие от традиционных решений, где такие группы распределяются хаотично, ученым удалось сформировать так называемые «соседние» конфигурации, повышающие эффективность взаимодействия с CO₂.
Созданные материалы, получившие название «вициазиты», продемонстрировали улучшенные характеристики улавливания углекислого газа. Наиболее эффективными оказались структуры с соседними аминогруппами (–NH₂) и пиррольным азотом, тогда как конфигурации с пиридиновым азотом существенного прироста не показали.
Как отмечают авторы, принципиальное значение имеет не только способность материала поглощать CO₂, но и условия его последующего высвобождения. В ходе испытаний было установлено, что часть разработанных материалов позволяет десорбировать углекислый газ при температурах ниже 60°C. Это существенно ниже параметров, характерных для традиционных технологий, таких как водная аминная очистка, где требуется нагрев свыше 100°C.
По словам Ясухиро Ямады, возможность работы при более низких температурах открывает перспективу использования низкопотенциального или отработанного промышленного тепла, что способно значительно снизить эксплуатационные затраты и повысить масштабируемость технологий улавливания углерода.
Исследователи также разработали воспроизводимый метод синтеза материалов с заданным расположением азотных групп, что позволяет управлять их свойствами на молекулярном уровне. Это, по оценке авторов, создает основу для разработки более эффективных систем улавливания CO₂ нового поколения.
Помимо климатических технологий, потенциальные области применения включают очистку воды от ионов металлов и использование в качестве катализаторов.