通过使用大麻茎生物提取物采用绿色合成方法制备的氧化镁改性纳米石墨烯杂化纳米结构，用于二氧化碳捕获

《Surface Science Reports》：Magnesium oxide-modified nanographene hybrid nanostructures engineered by green synthesis method using hemp stalk bio-extract for CO 2 capture

本研究首次采用大麻茎生物提取物绿色合成MgO修饰纳米石墨（NG-MgO/green）复合材料，MgO均匀分散于纳米石墨表面形成高比表面积（672 m2/g）和微/介孔结构，在273 K和298 K下吸附量分别为5.05和4.35 mmol/g。Langmuir模型拟合良好（R2>0.99），物理吸附为主（Qst=16.5-22.1 kJ/mol），循环5次再生效率达96%，兼具环保与高效CO?捕获潜力。

　　近年来，随着全球气候变化问题日益严重，碳捕集技术成为了减少温室气体排放、缓解环境压力的重要手段。特别是在巴黎协定和净零排放目标的推动下，开发高效、可持续的碳捕集材料显得尤为迫切。在这一背景下，研究人员不断探索新型吸附材料，以提高二氧化碳（CO?）的吸附效率和选择性。其中，基于纳米石墨（NG）的复合材料因其高比表面积、丰富的表面官能团以及良好的化学和热稳定性而受到广泛关注。然而，纯纳米石墨在实际应用中存在一些局限，例如容易团聚、缺乏亲水性以及吸附活性位点不足，这些都限制了其直接用于CO?吸附的可行性。因此，对纳米石墨进行功能化修饰，特别是与具有强碱性特性的金属氧化物结合，成为提升其吸附性能的有效策略。

镁氧化物（MgO）作为一种重要的碱性金属氧化物，因其对CO?的高亲和力、良好的热稳定性和可再生性而在碳捕集领域被广泛应用。研究表明，将MgO与纳米石墨结合，不仅可以提高材料的比表面积，还能增强CO?的吸附能力。例如，Yu等人（2017）发现，将MgO与石墨结合显著提升了材料的吸附性能，而Li和Zeng（2017）开发的rGO@MgO/C纳米复合材料则达到了目前报道的最高CO?吸附容量之一，为后续研究提供了重要参考。此外，其他金属氧化物如氧化锌（ZnO）、氧化铁（Fe?O?）和二氧化钛（TiO?）也被证实可以形成有效的吸附位点，从而增强CO?的吸附效果。

在这一研究方向中，绿色合成方法的应用为开发环保型材料提供了新的思路。传统化学合成方法往往依赖有毒溶剂、高能耗以及产生有害副产物，这不仅增加了生产成本，还对环境造成了负面影响。因此，采用绿色化学原理的合成方法，如使用植物提取物作为还原剂和稳定剂，成为近年来研究的热点。植物提取物中含有天然的多酚类、黄酮类等植物化学成分，这些成分能够有效促进金属离子的氧化反应，形成纳米颗粒，并确保其在纳米石墨表面的均匀分布。同时，植物提取物还能抑制纳米颗粒的团聚现象，从而保持材料的比表面积和结构完整性。

本研究首次采用绿色合成方法，以亚麻秆生物提取物为基础，成功制备了MgO修饰的纳米石墨（NG-MgO/green）复合结构。该材料在制备过程中避免了传统化学合成方法的弊端，实现了环境友好型的生产。通过一系列表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积和孔隙结构分析（BET）等，研究团队发现，NG-MgO/green材料具有优异的微观/介孔结构，这为CO?分子的高效扩散和吸附提供了有利条件。实验结果显示，该材料在298 K和273 K下的CO?吸附容量分别为4.35 mmol/g和5.05 mmol/g，显示出良好的吸附性能。此外，吸附等温模型分析表明，Langmuir模型能够很好地拟合实验数据，说明吸附过程主要为单分子层吸附，且吸附位点分布均匀。

进一步的热力学分析表明，该材料的等温吸附热（Q_st）值在16.5至22.1 kJ/mol之间，表明吸附过程主要依赖物理相互作用。这一特性使得材料在吸附后能够方便地进行再生，从而提高了其循环利用效率。实验测试显示，经过五次连续的吸附-脱附循环后，NG-MgO/green材料的重复使用效率仍高达96%，显示出其良好的热稳定性和结构耐久性。这一结果不仅验证了绿色合成方法的有效性，也表明NG-MgO/green材料在实际应用中具有广阔前景。

此外，该材料的制备过程符合可持续发展理念，其高比表面积（672 m2/g）、较大的总孔体积（0.32 cm3/g）以及适中的平均孔径（4.45 nm）使其在CO?吸附方面表现出色。这些物理性质的优化，使得材料能够更有效地捕捉CO?分子，并在吸附过程中保持较高的选择性和效率。通过对比其他传统吸附材料，如活性炭、沸石、金属有机框架（MOFs）等，可以发现，NG-MgO/green材料在吸附性能和环境友好性方面均具有显著优势。因此，该材料不仅为碳捕集技术提供了新的选择，也为可持续纳米材料的开发开辟了新的路径。

本研究的成果表明，采用绿色合成方法制备的NG-MgO/green材料在环境可持续性和技术性能方面均表现出色。这不仅为工业应用中的碳捕集提供了新的材料选择，也为未来研究提供了重要的理论基础和技术支持。随着全球对环境保护意识的增强，开发高效、环保的碳捕集材料将成为推动绿色技术发展的重要方向。NG-MgO/green材料的出现，为这一目标的实现提供了有力的支撑，同时也为相关领域的研究提供了新的思路和方法。