Wissenschaftler haben die CO2-Abscheidung deutlich günstiger und einfacher gemacht

Beispielsweise erfordert das weit verbreitete wässrige Amin-Scrubbing-Verfahren das Erhitzen großer Flüssigkeitsmengen auf Temperaturen über 100 °C, um das abgeschiedene CO2 freizusetzen und das System zurückzusetzen. Dieser hohe Energiebedarf erhöht die Betriebskosten erheblich und begrenzt den Einsatz im großen Maßstab.

Kohlenstoffbasierte Adsorbentien als energieärmere Alternative Feste Kohlenstoffmaterialien haben sich als vielversprechende Option erwiesen.

Diese Materialien sind erschwinglich und weisen eine große Oberfläche auf, was es ihnen ermöglicht, CO2 abzuscheiden und es mit weniger Wärme freizusetzen, insbesondere wenn stickstoffhaltige funktionelle Gruppen vorhanden sind. Dennoch gab es eine große Herausforderung.

Leistung und Energieausbeute

Traditionelle Synthesemethoden platzieren diese Stickstoffgruppen zufällig im Material, oft in gemischten Formen. Diese Zufälligkeit macht es schwierig festzustellen, welche spezifische Anordnung für eine bessere Leistung verantwortlich ist.

Neue Viciazite-Materialien mit kontrollierter Stickstoffstruktur Um dieses Problem zu lösen, entwickelte ein Forschungsteam unter der Leitung der Graduate School of Engineering und Associate Professor Tomonori Ohba der Chiba University in Japan eine neue Kategorie , die als „Viciazite“ bekannt sind.

Diese Materialien sind so konzipiert, dass die Stickstoffgruppen auf eine kontrollierte und vorhersehbare Weise nebeneinander positioniert sind. Die Studie, die im Journal Carbon veröffentlicht wurde, wurde , ebenfalls , mitverfasst.

Maßgeschneiderte Synthese benachbarter Stickstoffkonfigurationen Die Forscher

Maßgeschneiderte Synthese benachbarter Stickstoffkonfigurationen Die Forscher produzierten drei verschiedene Arten , die jeweils eine unterschiedliche Anordnung benachbarter Stickstoffgruppen aufwiesen.

Um benachbarte primäre Aminogruppen ($\text{-NH}_2$-Gruppen) zu erzeugen, erhitzten sie eine Verbindung namens Coronen, behandelten sie diese dann mit Brom und setzten sie schließlich Ammoniagasen aus. Dieser dreistufige Ansatz erreichte eine Selektivität von 76 %, was bedeutet, dass die meisten Stickstoffatome an den beabsichtigten Stellen platziert wurden.

Das Team synthetisierte außerdem zwei zusätzliche Materialien unter Verwendung verschiedener Ausgangsstoffe. Eines enthielt benachbarten pyrrolischen Stickstoff mit 82 % Selektivität, während ein anderes benachbarten pyridinischen Stickstoff mit 60 % Selektivität aufwies.

Struktur mit fortschrittlichen Techniken bestätigen Alle

Struktur mit fortschrittlichen Techniken bestätigen Alle drei Materialien wurden auf aktivierte Kohlenstofffasern aufgetragen, um nutzbare Adsorbentien zu erzeugen.

Die Forscher verwendeten dann die Kernspinresonanzspektroskopie, die Röntgenphotoelektronenspektroskopie und computergestützte Modellierung, um zu überprüfen, dass die Stickstoffgruppen nebeneinander und nicht zufällig verteilt waren.

Leistungsunterschiede bei der CO2-Abscheidung und -Freisetzung Die Tests zeigten deutliche Unterschiede in der Leistung der Materialien. Materialien mit benachbarten –NH2-Gruppen und benachbarten pyrrolischen Stickstoff zeigten eine verbesserte CO2-Aufnahme im Vergleich zu unbehandelten Kohlenstofffasern.

Im Gegensatz dazu zeigte das Material

Im Gegensatz dazu zeigte das Material mit benachbartem pyridinischem Stickstoff kaum eine Verbesserung. Das auffälligste Ergebnis betraf die Desorption, also die Freisetzung des abgeschiedenen CO2, damit das Material wiederverwendet werden kann.

„Die Leistungsbewertung ergab, dass bei Kohlenstoffmaterialien, bei denen NH2-Gruppen benachbart eingeführt wurden, die meisten desorbierten CO2-Moleküle bei Temperaturen unter 60 °C desorbieren.“ „Durch die Kombination dieser Eigenschaft mit industrieller Abwärme könnte es möglich sein, effiziente CO2-Abscheidungsprozesse mit erheblich reduzierten Betriebskosten zu erreichen“, betont Dr.

Yamada. Das Material mit pyrrolischem Stickstoff erforderte höhere Temperaturen für die CO2-Freisetzung, könnte aber aufgrund seiner stärkeren chemischen Stabilität eine bessere Haltbarkeit über die Zeit bieten.

Hin zu Materialien für die Kohlenstoffabscheidung

Hin zu Materialien für die Kohlenstoffabscheidung der nächsten Generation Durch die Demonstration, dass benachbarte Stickstoffanordnungen zuverlässig erzeugt werden können, bietet diese Forschung einen klaren Rahmen für das Design verbesserter Materialien zur Kohlenstoffabscheidung.

„Unsere Motivation ist es, zur zukünftigen Gesellschaft beizutragen und unsere kürzlich entwickelten Kohlenstoffmaterialien mit kontrollierten Strukturen zu nutzen.

Diese Arbeit liefert validierte Wege zur Synthese die molekulare Kontrolle, die für die Entwicklung kosteneffizienter und fortschrittlicher CO2-Abscheidungstechnologien der nächsten Generation unerlässlich ist“, schließt Dr. Yamada.

Moegliche Anwendungen

Das Team schlägt auch vor, dass viciazites nützlich sein könnten, über die CO 2-Abscheidung hinaus, einschließlich Anwendungen wie das Entfernen Katalysatoren, dank ihrer präzise abstimmbaren Oberflächeneigenschaften.

Reference: "Viciazites: Carbon materials with adjacent nitrogen functionalities for advanced CO 2 capture" , Ayane Uchizono, Lizhi Pu, Itsuki Takahashi, Ryoshin Suzuki, Sota Nakamura, Kai Kan, Kazuma Gotoh, Tetsuro Soejima, Satoshi Sato, Tomonori Ohba und Yasuhiro Yamada, 27 February 2026, Carbon.

DOI: 10.1016/j.carbon.2026.121405 Diese Arbeit wurde Foundation, der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS KAKENHI Grant Number JP24K01251) und der "Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology in Japan (ARIM)" des Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) unter der Grant Number JPMXP1225JI0008 unterstützt.