随着全球变暖问题日益严重，从各种排放源（如发电厂）甚至直接从空气中捕获碳已变得紧迫和关键。材料研究的最新进展使得设计各种有效的方法来捕获二氧化碳，并且相对于其它气体具有高选择性成为了可能。近日，扬州大学Zonglin Gu，美国IBM托马斯沃森研究中心Binquan Luan等研究发现嵌入石墨烯中的冠状纳米孔（类似于冠醚）可以有效地让二氧化碳通过并阻挡其它烟气成分（如N₂和O₂）。

本文要点：

1）作者进行了广泛的基于密度泛函理论的计算（冠状纳米孔对烟道气体的吸附能等）以及经典和从头算分子动力学模拟（压力差驱动通过冠状纳米孔的烟道气，含有H₂O的湿烟道气等），以揭示气体通过冠纳米孔传输的能量学和动力学。

2）研究结果表明，石墨烯中设计的冠状纳米孔不仅具有出色的CO₂分离/捕获选择性，而且还具有快速的传输（流动）速率，是发电厂烟气处理的理想选择。

3）基于先进的多孔石墨烯膜制造技术，该工作还为未来的实验验证提供了指导。 作者认为，除了烟道气应用之外，具有冠状纳米孔的石墨烯膜也可以在许多其他二氧化碳排放行业（如钢铁和水泥生产）的二氧化碳捕获中发挥重要作用。

Binquan Luan, et al. Crown Nanopores in Graphene for CO₂ Capture and Filtration. ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c00213

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c00213