二氧化碳,是大家很熟悉的温室气体。当它在大气中的含量过高时,就会使地球仿佛捂在一口锅里,温度逐渐升高,形成温室效应,使得各地的气候出现极大的异常。比如,某些地区的降雨量大幅增加并导致洪水暴发,而另外一些地区则出现百年不遇的干旱。更令人担忧的是,由于气温升高,两极地区冰川融化的速度将加快,导致海平面升高,许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁,甚至被海水吞没。
二氧化碳这么“不好”,我们应该怎么利用它呢?于是,科学家们想办法要把它们“捕获”,然后为人类服务。以发电厂为主的化石燃料的燃烧是二氧化碳排放的主要来源,所以,在烟囱里直接捕获,是最直接最有效的方式。科学家将二氧化碳捕获和分离后,再加工加工就能再利用。比如,可以将二氧化碳压缩后装入高压钢瓶中,做成灭火器;还可以将二氧化碳作为原料压入水中,汽水便制成了。当然,还有许多其它很多用处了。
但是,首先我们需要解决一个关键性的问题,怎样才把二氧化碳这些小家伙们捕捉到呢?像捉蝴蝶一样,我们也需要做一个网,看能不能把它们兜住。之前科学家已经做了很多各种各样的“网”,比如用铝、硅和氧构筑的分子筛网,用硅和氧构筑的硅胶网,用碳构筑的石墨烯网等等,它们都对二氧化碳有一定的捕获能力。但是,上面提到的这些网,它们的孔隙都极微小,并且都缺乏与二氧化碳作用的较强位点,因此存在着捕获量少、效率低下等问题。
而科学家进一步发现,用金属和有机物来制作的网在二氧化碳捕获方面具有优异的性能。这一类网具有较大的孔,便于二氧化碳分子扩散进去。同时,有机物上又可以连接上大量与二氧化碳有较强相互作用的位点,像一个个抓手一样将二氧化碳分子牢牢固定在网上,但之前报道的网几乎都不稳定。最近,中科院福建物构所的科学家们有一个新成果,他们利用金属和有机物组装了一个具有超多抓手的名为“FJI-H14”的网。
该网具有良好的稳定性,可以同时耐水、耐热、耐酸碱,还可以简单快速地大规模制备;在常温常压下可以对二氧化碳分子进行高效选择性捕获,能反复使用而不失活,同时还可以把捕获的二氧化碳分子转化成有用的化工原料碳酸酯。优异的捕获性能和良好的稳定性使得利用该网直接捕获和转化发电厂的尾气中的二氧化碳分子成为可能。这项研究为直接消除发电厂尾气中的二氧化碳分子提供了新的思路,为从源头上阻止全球变暖提供新“武器”。
“FJI-H14”网直接捕获烟囱尾气中的二氧化碳并将其转化成化工原料碳酸酯。也许在不久的将来,人们只需在发电厂等各种利用化石资源为燃料的工厂的烟囱装上特制的网,就可以直接把尾气中的二氧化碳直接进行捕获并源源不断转换成有用的化工原料。