调控荔枝籽基多孔碳材料的CO2吸附性能：氧官能团与孔结构的协同作用机制

针对全球CO2减排需求，浙江科技学院团队通过低温碳化荔枝籽制备富氧多孔碳材料，系统研究钾/钠盐活化剂对微孔结构和C=OOH/C–OH基团的调控作用，建立多元线性回归模型揭示C=OOH含量为CO2吸附主导因素，LS-KOH-600样品在25°C/1 bar下吸附量达5 mmol/g，兼具优异CO2/N2选择性（29.9）和循环稳定性，为生物质碳材料设计提供量化依据。

　　

随着全球工业化进程加速，二氧化碳（CO₂）排放量激增已成为严峻的环境挑战。当前碳捕集技术中，固体吸附法因成本低、能耗少等优势备受关注，而生物质衍生多孔碳材料凭借可再生、孔结构可调等特点成为研究热点。然而，现有研究多孤立探讨微孔结构或氮/氧官能团的影响，缺乏对多因素协同作用的定量分析。浙江科技学院的研究团队创新性地以荔枝籽为原料，通过600°C低温碳化结合钾/钠盐活化剂（KOH、Na₂CO₃等），制备出富含羧基（C=OOH）和羟基（C–OH）的微孔碳材料，系统揭示了孔结构与表面化学对CO₂吸附的调控机制，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用扫描电镜（SEM）观察材料形貌，氮气吸附-脱附测试分析孔结构，X射线光电子能谱（XPS）表征表面官能团，并结合高压吸附仪测定CO₂吸附性能。通过建立多元线性回归模型，量化评估5–7 ?（V_{5–7 ?}）、0–10 ?（V_{0–10 ?}）等孔体积参数与官能团含量的影响。

结构表征显示，KOH活化样品（LS-KOH-600）形成丰富微孔网络，其比表面积达892 m²/g，远高于未活化样品（LS-600）的平滑表面。吸附性能分析表明，LS-KOH-600在25°C/1 bar下CO₂吸附量达5 mmol/g，0°C时提升至7.15 mmol/g，归因于其优化的微孔分布（V_{0–20 ?}=0.38 cm³/g）和高C=OOH含量（8.7 at%）。模型解析证实C=OOH对吸附贡献权重最大（系数0.62），其次为C–OH和V_{0–20 ?}，而5–7 ?超微孔作用未达显著水平。选择性测试中，LS-KOH-600对CO₂/N₂的IAST（理想吸附溶液理论）选择性达29.9，十次循环后吸附量保持率超95%。

该研究首次通过数学模型量化了氧官能团与孔结构对生物质碳CO₂吸附的协同效应，证实羧基通过增强静电相互作用主导吸附过程。所开发的低温活化策略为农业废弃物高值化利用提供新思路，LS-KOH-600优异的综合性能使其在燃煤烟气捕集领域具应用潜力。未来研究可进一步探索官能团空间分布与分子模拟的关联机制，推动碳材料理性设计。