加拿大卡爾加里大學(xué)和渥太華大學(xué)科學(xué)家成功利用X射線晶體成像儀和計(jì)算機(jī)模擬手段，對(duì)被稱為“棒球手套”的捕碳材料如何捕捉二氧化碳分子進(jìn)行了觀察和分析?？茖W(xué)家認(rèn)為，該項(xiàng)成果為設(shè)計(jì)定制一種高效率、低能耗的捕碳新材料指明了研究方向。相關(guān)文章發(fā)表在最新出版的《科學(xué)》雜志上。
目前采用的二氧化碳捕獲方法是將二氧化碳?xì)怏w注入氨溶液中。該項(xiàng)技術(shù)的弱點(diǎn)在于氨溶液吸收二氧化碳后，還需要釋放二氧化碳以便進(jìn)行儲(chǔ)存，在釋放二氧化碳時(shí)，溶液需要加熱到100攝氏度，這要耗去大量的能源和水資源。據(jù)估算，燃煤發(fā)電廠如果使用該項(xiàng)技術(shù)捕獲儲(chǔ)存二氧化碳，需要消耗其四分之一的發(fā)電量。
因此，找到一種既可輕松捕獲二氧化碳，還可在低能耗和節(jié)水條件下輕松釋放出二氧化碳的新型材料，對(duì)于捕獲二氧化碳技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用意義非常重大。加拿大科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)正是為找到這種新型材料指明了方向，并提供了實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算機(jī)模擬方法。
參與研究工作的科學(xué)家將捕捉二氧化碳形象地比作棒球手套與棒球之間的關(guān)系，在此將球比作二氧化碳，而將手套比作可捕獲二氧化碳的材料。對(duì)于不同大小的球，需要不同尺寸的手套，才能更好地匹配，以便球手能夠更加容易接到來(lái)球?？柤永锎髮W(xué)化學(xué)教授喬治·斯密祖介紹說(shuō)，他們使用X射線結(jié)晶成像儀直接實(shí)驗(yàn)成像，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模型計(jì)算，確定了二氧化碳分子的確切位置，并可以清晰觀察到“手套”材料的各個(gè)“手指”如何合力將二氧化碳分子固定在其位置上。
渥太華大學(xué)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)模擬研究的科學(xué)家表示，該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)特別之處在于，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果之間表現(xiàn)出非常好的一致性。因此，其計(jì)算機(jī)模擬方法現(xiàn)在就可以更令人放心地應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)和預(yù)知材料的捕碳性能，特別是在實(shí)驗(yàn)室制作某種捕碳材料之前，可先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬。
研究人員認(rèn)為，該項(xiàng)研究成果最終可得到多方面的應(yīng)用，既可幫助燃煤發(fā)電廠降低二氧化碳排放，還可幫助去除非常規(guī)天然氣資源中的二氧化碳成分。
