气相氟化调控硅负极材料氧含量及胺功能化COFs高效捕获低浓度CO2的创新研究

针对工业烟气中低浓度CO2捕获难题，研究人员通过自发烯醇-酮胺互变异构策略合成胺功能化共价有机框架材料TaTp-COF，实现5.0 mmol g?1的高吸附容量和233的CO2/N2选择性，为碳捕集技术提供新型高效吸附剂。

　　

随着大气CO₂浓度突破420 ppm，开发高效碳捕集技术成为应对气候变化的迫切需求。工业烟气中10-15%的低浓度CO₂使得传统胺吸收法面临能耗高、腐蚀性强等瓶颈，而沸石和活性炭等吸附剂又存在选择性差、湿度敏感等问题。共价有机框架（COFs）因其可调控的孔结构和化学稳定性被视为理想解决方案，但如何提升其低分压CO₂吸附性能仍是挑战。

武汉理工大学的研究团队通过创新性的分子设计，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）单体结合，利用羟基介导的烯醇-酮胺互变异构，成功构建了富含仲胺位点的TaTp-COF材料。该研究发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，揭示了二级胺基团通过形成氨基甲酸物种增强CO₂化学吸附的机制。

研究采用粉末X射线衍射（PXRD）验证晶体结构，通过氮气吸附测试比表面积，结合红外光谱和理论计算阐明吸附机理。动态突破实验评估实际分离性能，热重分析考察材料稳定性。

【结构分析】PXRD与模拟结果吻合证实TaTp-COF的结晶性，氮吸附显示其比表面积达980 m² g^?1，孔径集中在1.8 nm。红外光谱中1640 cm^?1处仲胺特征峰的出现，证实了烯醇-酮胺转化的成功。

【吸附性能】在0°C、1 bar条件下，TaTp-COF的CO₂吸附量达5.0 mmol g^?1，较未功能化TaTb-COF提升1.6倍。15:85的CO₂/N₂混合气中选择性高达233，突破实验显示其可连续分离烟气组分。

【机理研究】原位红外观察到1710 cm^?1处氨基甲酸特征峰，密度泛函理论（DFT）计算表明仲胺与CO₂的吸附能达-45 kJ mol^?1，解释其强吸附作用。

【稳定性测试】经过100次吸附-脱附循环，容量保持率达97%，150°C下未发生胺基分解，优于传统聚乙烯亚胺浸渍材料。

该研究通过精准的分子工程将动态共价化学引入COFs设计，不仅创制出性能优异的吸附剂，更建立了"互变异构诱导功能化"的普适性策略。TaTp-COF在低压区（<0.1 bar）仍保持2.8 mmol g^?1的吸附量，使其可直接应用于燃煤电厂烟气处理。相较于需要120°C再生的胺溶液，该材料80°C即可完全脱附，能耗降低33%，为碳捕集技术的规模化应用提供了新思路。