Några av de tunnaste materialen som mänskligheten känner till kan ge lösningar till forskare i deras strävan att stävja effekterna av den globala uppvärmningen.
Kända som MXene- och MBene-föreningar är dessa ämnen bara några få atomer tjocka, vilket gör dem tvådimensionella. På grund av sin stora yta har materialen potential att absorbera koldioxidmolekyler från atmosfären, vilket kan bidra till att minska de skadliga effekterna av klimatförändringar genom att säkert binda koldioxid.
I en artikel publicerad 4 oktober i tidskriften Chem , UC Riverside-professor Mihri Ozkan och hennes medförfattare förklarar potentialen hos MXenes och MBenes i koldioxidavskiljningstekniker.
"I den här granskningen genomförde vi en uttömmande analys och föreslagna strategier för den utbredda implementeringen av dessa material i storskaliga applikationer", säger Mihri Ozkan, professor i klimatåtgärder vid UCR:s avdelning för elektro- och datorteknik vid Bourns College of Engineering. "Deras unika egenskaper gör dem till utmärkta kandidater för att fånga upp koldioxid."
Enligt Ozkan kan dessa tvådimensionella material konstrueras för att selektivt fånga upp koldioxid. En av deras viktigaste fördelar är deras höga selektivitet mot koldioxid, vilket kan tillskrivas en process som kallas interlayer distance engineering. Dessutom är materialen mekaniskt stabila och bibehåller sin strukturella integritet även efter flera cykler av kolavskiljning och utsläpp.
Eftersom koldioxidutsläppen som orsakas av människor fortsätter att öka, har utvecklingen av teknik för koldioxidavskiljning blivit en högsta prioritet. Det förutspås att planetens temperatur kan stiga med 1,5°C över förindustriella nivåer inom det kommande decenniet, vilket leder till mer frekventa svåra väderhändelser, förvärrad torka, missväxt, ökade nivåer av mänsklig migration och politisk instabilitet. Dessa negativa effekter understryker det akuta behovet av åtgärder för att minska koldioxidutsläppen och mildra effekterna av klimatförändringarna.
Forskare vid Drexel University i Philadelphia, Pa., upptäckte MXenes och MBenes i början av 2010-talet. MXene är en oorganisk förening som består av atomärt tunna lager av övergångsmetallkarbider, nitrider eller karbonitrider. Å andra sidan är MBener dimensionella övergångsmetallborider gjorda av bor. Dessa föreningar framställs genom kemiska etsningstekniker och har kristallina gitter med repeterande ortorhombiska och hexagonala strukturer.
Ozkan förklarade att dessa material kan användas i kombination med befintliga tekniker, som de som utvecklats av det schweiziska företaget Climework AS. Dessa system extraherar koldioxid direkt från atmosfären och binder den för säker och långtidslagring.
Innan dessa föreningar kan användas i kolfångningsanordningar måste flera tekniska problem lösas, enligt Ozkan. Först och främst måste forskarna ta itu med de flaskhalsar som är förknippade med syntesrelaterade utmaningar i storvolymproduktion. Andra hinder för storskalig tillverkning inkluderar ojämn blandning, temperaturgradienter och problem med värmeöverföring, bland annat.
Ändå kan dessa hinder övervinnas.
En top-down-metod är idealisk för storskalig MXene-syntes genom att skala upp våtetsningsmetoder eller utveckla nya, enligt Ozkan.
Tidningens medförfattare är UCR:s Kathrine A.M. Quiros, Jordyn M. Watkins, Talyah M. Nelson, Navindra D. Singh, Mahbub Chowdhury, Thrayesh Namboodiri, Kamal R. Talluri och Emma Yuan.
Mer information: Mihrimah Ozkan et al, Curbing pollutant CO2 by use two-dimensional MXenes and MBenes, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.09.001
Journalinformation: Chem
Tillhandahålls av University of California - Riverside
