胺功能化共价有机框架材料TaTp-COF的合成及其高效二氧化碳捕获性能研究

为解决工业烟气中低浓度CO2捕获难题，研究人员通过自发烯醇-酮胺互变异构策略，设计出胺功能化共价有机框架材料TaTp-COF。该材料在0°C和1 bar条件下CO2吸附量达5.0 mmol g?1，CO2/N2选择性高达233，且具备优异的热稳定性和循环耐久性，为下一代碳捕集技术提供了创新解决方案。

　　

随着大气CO₂浓度突破420 ppm，工业烟气（含10-15% CO₂）的低浓度碳捕集成为全球气候治理的关键挑战。传统胺吸收法存在能耗高、溶剂降解等问题，而活性炭和沸石等固体吸附剂又受限于选择性和湿度敏感性。共价有机框架（COFs）因其可调控的孔隙结构和表面化学性质，被视为突破性吸附材料，但如何增强其在低分压条件下的CO₂亲和力仍是核心难题。

针对这一挑战，武汉理工大学（Wuhan University of Technology）的研究团队创新性地通过烯醇-酮胺互变异构策略，将4,4,4-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三酰基)-三苯胺（Ta）与2,4,6-三甲酰基间苯三酚（Tp）单体反应，构建了富含次级胺的TaTp-COF材料。该研究发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，揭示了羟基介导的互变异构如何将亚胺键转化为高密度、均匀分布的次级胺活性位点，从而显著提升CO₂捕获性能。

研究人员采用同步辐射X射线衍射（PXRD）和氮气吸附-脱附测试确认了材料的结晶性和高比表面积（达1200 m² g^?1），通过原位红外光谱（FTIR）和理论计算证实了CO₂吸附后氨基甲酸物种的形成。对比实验显示，TaTp-COF的CO₂吸附量较未功能化的TaTb-COF提升1.6倍，且在模拟烟气条件（15% CO₂/85% N₂）下保持优异性能。

结构表征：PXRD与模拟结果吻合，证实了TaTp-COF的AA堆叠方式；固态¹³C NMR检测到155 ppm处的特征峰，验证了β-酮胺键的形成。
吸附性能：在25°C和0.15 bar低分压下，CO₂吸附量达1.8 mmol g^?1，突破工业应用阈值；100次循环后容量保持率＞95%。
机理研究：DFT计算表明次级胺与CO₂的吸附能（-45 kJ mol^?1）显著强于亚胺氮（-28 kJ mol^?1），解释了其高选择性来源。

该研究不仅开发出性能超越沸石和MOFs的新型吸附剂，更通过羟基辅助的拓扑化学重构策略，为COFs的精准功能化提供了普适性方法。TaTp-COF的低再生能耗（＜100°C脱附）和抗湿性，使其在燃煤电厂和钢铁厂等工业场景中展现出巨大应用潜力，有望推动碳捕集技术向规模化、低能耗方向发展。Feifan Zhao等学者的工作，为应对气候变化提供了兼具基础创新与工程价值的研究范式。