工业烟囱排出的200℃高温烟气中，CO₂如何被高效捕获？我国清华大学、福州大学联合团队最新研究显示，锌基金属有机框架（Zn-based MOFs）材料通过结构设计，不仅能在含酸性气体的高温烟气中稳定工作，CO₂捕获容量达7 mmol/g，还可原位转化为燃料，为工业碳减排提供“耐高温”解决方案。相关成果发表于《Frontiers of Energy》。

传统捕碳材料遇高温“罢工”，新型MOFs化身“耐热海绵”

当前全球工业烟气CO₂浓度仅15%，却占碳排放总量的40%。传统胺溶液吸附剂在100℃以上易分解，金属氧化物高温下吸附容量不足1 mmol/g，如同“遇热融化的冰块”。而Zn-MOFs材料由锌离子与有机分子通过配位键构成多孔晶体，比表面积达数千平方米/克，孔隙大小可精准调控，像“定制化分子筛”般只“抓”CO₂。

例如CALF-20材料，其超微孔（孔径<0.7 nm）通过氢键和范德华力锁定CO₂，在1.2 bar压力下吸附容量达4.07 mmol/g，CO₂/N₂选择性超230。更关键的是，它在40%湿度下仍优先吸附CO₂，避免水蒸汽干扰，解决了传统MOFs“怕潮湿”的通病。

三大技术突破：抗腐蚀、耐高温、能转化

团队系统开发了Zn-MOFs的“生存技能”：

• 抗干扰“金钟罩”：通过引入甲基疏水基团，改性后的CALF-20M-e在70%湿度下仍保持20%捕获效率，而普通MOFs已完全失效。其秘诀是甲基阻断水分子形成氢键网络，让CO₂“优先通行”。在真实烟气中连续运行6天，容量仅下降1.3%，稳定性媲美工业吸附剂。
• 高温“逆行者”：ZnH-MFU-4l材料实现“反常”高温吸附——300℃时容量达3.27 mmol/g，是室温的3倍！这源于锌氢位点（Zn-H）在高温下更易与CO₂反应，如同“高温激活的捕碳开关”，突破传统材料高温脱附的瓶颈。
• 转化“多面手”：Zn-MOFs还能将CO₂电催化为燃料。如ZIF-8电极在NaCl电解液中，CO₂还原为甲烷的法拉第效率达65%；Zn₃(btc)₂材料在离子液体中，甲烷选择性更是高达80%，实现“捕碳即转化”闭环。

从实验室到工厂：还需跨越三道坎

尽管性能优异，Zn-MOFs规模化应用仍面临挑战：一是高温抗酸性待提升，ZnH-MFU-4l在含SO₂烟气中易失活；二是合成成本较高，CALF-20虽已实现公斤级制备，但价格仍是胺溶液的3倍；三是转化效率需优化，相比铜基MOFs，Zn-MOFs在CO₂还原反应中的活性差距明显。

团队建议，未来可通过机器学习设计“耐酸耐高温”结构，开发机械化学合成等低成本工艺，并耦合固体氧化物电解池（SOECs），利用绿电将捕获的CO₂转化为合成气。

来源: FIE能源前沿期刊