有机磁性纳米颗粒助力氢键纳米笼高效捕集 CO2：开启可持续碳捕获新篇章

为解决传统 CO2捕获策略存在的问题，如高能耗、复杂制备过程等，研究人员开展了以有机磁性纳米颗粒（Methionine@Fe3O4 ）诱导水驱动结晶捕集 CO2的研究。结果显示该方法捕集能力达 118.7 v/v（22.7 wt%），为可持续 CO2捕获提供新策略。

　　在全球变暖的严峻形势下，控制全球变暖对环境友好型 CO₂捕获策略的需求愈发迫切。当前，CO₂捕获技术虽众多，但都存在明显缺陷。例如，液体胺吸收法成本高、能耗大且有毒；含胺固体易氧化降解；多孔材料制备过程复杂，还受寄生分子竞争影响 。基于结晶的 CO₂捕获策略虽有优势，但传统方法也面临高能耗、吸收剂不可回收等问题。而利用水构建氢键水笼捕获 CO₂这一绿色策略，因结晶动力学慢和捕获容量低难以推广。在此背景下，大连理工大学等机构的研究人员开展了相关研究，致力于找到高效、环保的 CO₂捕获新方法。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为可持续 CO₂捕获和存储提供了新的思路与方法，有望推动相关领域的发展。

研究人员采用了多种关键技术方法。在材料表征方面，运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术，对有机磁性纳米颗粒（Methionine@Fe₃O₄，MFNs）的结构、形态和化学组成进行详细分析。通过分子动力学（MD）模拟，深入探究氢键水笼的形成过程。以纯 水、Fe₃O₄纳米颗粒和十二烷基硫酸钠（SDS）溶液为对照，研究 MFNs 在 CO₂@Water 共结晶中的作用。

下面来看具体的研究结果：

• MFNs 的制备与表征：通过单锅共沉淀法成功制备 MFNs，其呈均匀纳米球簇状，粒径主要分布在 40 - 70nm。表面有厚度约 13nm 的蛋氨酸层，Fe₃O₄核心结构稳定。多种表征技术证实了蛋氨酸成功包覆在 Fe₃O₄上，且 MFNs 在应用温度条件下结构稳定。
• MFNs 通过 CO₂@Water 共结晶捕获 CO₂的性能与机制：对比实验表明，MFNs 能显著缩短 CO₂@Water 共结晶的诱导时间，提高 CO₂捕获容量。其作用机制包括：在水溶液中产生微对流促进 CO₂扩散；吸附 CO₂分子增强异相成核；蛋氨酸疏水侧链诱导水分子形成有序网络。研究还发现，MFNs 浓度对 CO₂@Water 结晶有影响，0.5wt% 的 MFNs 为最佳浓度。
• MFNs 的回收性和生物相容性分析：Fe₃O₄核心赋予 MFNs 磁性回收特性，17 次循环实验证明其具有良好的可回收性，虽反应动力学随循环次数增加逐渐变差，但捕获性能仍优异。细胞毒性评估显示，MFNs 对中国仓鼠卵巢（CHO）细胞的毒性明显低于 SDS，具有良好的生物相容性。

研究结论表明，该研究提出了一种基于结晶的零资源消耗（ZRD）方法，利用具有核壳结构的有机磁性纳米颗粒诱导氢键水笼高效捕获 CO₂。MFNs 表现出高捕获容量和良好的循环性能，有效避免了传统促进剂的泡沫问题，生物相容性好。这一研究为未来可持续 CO₂捕获和存储提供了节能、环保的策略，在工业应用中具有巨大潜力，特别是在有低品位热源的场景中，有望推动 CO₂捕获技术向更高效、更环保的方向发展。