温室气体的大量排放导致全球变暖，环境恶化，极端天气频繁发生。而CO2是主要的温室气体。据统计，约1/3的CO2源于化石燃料燃烧发电烟道气的排放。因而研究烟道气CO2的高效捕集迫在眉睫。目前多孔碳材料具有成本低、孔结构、表面化学性质可调、热稳定性及抗酸碱性等优点，被认为是最具潜力的固体吸附剂材料。
近期，省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室郭庆杰教授领衔的煤炭清洁利用创新研发团队将预氧化与氮掺杂相结合，制备了一种氮氧共掺杂多孔碳材料。相对于单原子掺杂、未掺杂的碳材料，该共掺杂多孔碳材料具有较高的CO2吸附性能及优异的循环稳定性。这主要归功于掺杂氮和氧的协同作用。该研究通过实验与理论结合的方法，解释了这种协同作用机理。预氧化增加了碳表面的活性位点，一方面使含氮、含氧官能团增加，另一方面促进了与活化剂的反应，使孔隙率增加。此外，通过密度泛函理论计算进一步阐述了氮氧共掺杂多孔碳表面与CO2分子之间的相互作用。结果表明，相对于单原子掺杂、未掺杂的碳材料，氮氧共掺杂多孔碳表面与CO2分子的结合能最高，且存在两种范德华力作用。
相关研究结果发表在化学工程领域国际三大学术期刊之一Industrial & Engineering Chemistry Research。论文第一作者为国家重点实验室2017级博士研究生王燕霞。研究得到了化学工程与技术一流学科、国家重点研发计划、国家自然科学基金、宁夏重点研发计划重大科技项目等支持。
