为实现碳中和，全球都在开展将二氧化碳固化或转化为有用资源的研发。为了将二氧化碳转化为有用的材料，多数情况下，都必须在高温高压下进行反应并使用昂贵的贵金属催化剂。由于二氧化碳的碳为极度氧化下的稳定状态，因此若要实现物质转换就需要大量能源。日本京都大学iCeMS的堀毛悟史副教授和该校工学研究科博士生门田健太郎（现在为俄勒冈大学JSPS海外特别研究员）等人与JEOL RESONANCE公司的西山裕介研究员以及iCeMS的丹尼尔·帕克伍德讲师组成的研究团队合作，成功开发出了在常温常压下将二氧化碳转化为有用的多孔材料的新方法。相关论文已发表在JACS上。
此次合成的多孔材料结构图（供图：京都大学）
被用于净水器和空气净化器的活性炭及沸石等内部有无数微孔的多孔材料，还被广泛用于储能、气体分离等多个领域。研究团队此次着眼于由金属离子和有机分子构成的多个立方体相连结构的多孔材料——多孔金属络合物（PCP/MOF）。PCP/MOF自1990年代后半被发现以来，已经被开发出来9万多种，其中一部分已投入半导体储气用途。然而，它们都不是由二氧化碳为原料制成的。
研究团队此次开发出了使有机分子胺与二氧化碳发生反应，然后使获得的有机分子哌嗪直接与金属离子（醋酸锌）发生反应，从而一次合成PCP/MOF的方法。通过改变胺与金属离子的组合，可以在常温常压下将二氧化碳转化成各种PCP/MOF。利用同步辐射X射线衍射测量法和固体核磁共振波谱法（NMR）调查获得的PCP/MOF的分子结构发现，内部有规则地形成了1纳米的微孔。在结构上二氧化碳占重量的33％。
这种合成方法适用于多种条件。例如，可以在1个大气压、25℃和30分钟的条件下，将9升的二氧化碳通过一次反应转化为50克PCP/MOF粉末，作为固体封存起来（收存率80％）。另外，空气中含有0.04％的二氧化碳，如果持续向胺和醋酸锌水溶液中吹入干燥空气，虽然需要几天的时间，但能以61％的收存获率合成PCP/MOF。
实验合成的50gPCP/MOF粉末（供图：京都大学）
此外，合成的PCP/MOF的微孔中可以储存大量二氧化碳。实验在常温和26个大气压下，使每克PCP/MOF最大储存了0.7克二氧化碳。
堀毛副教授表示：“此次通过组合使用廉价的金属和有机分子，成功地在常温常压下将二氧化碳转化成了多孔材料。通过改变金属离子与胺的组合，可以合成拥有不同结构和功能的多孔材料，实现二氧化碳的资源化。另外，从理论上来看可以轻松扩大规模，因此应该还能应用于通过储存材料收集二氧化碳的CCS（碳捕集与封存）。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
