美开发新工艺将CO2转换为碳基材料

12月4日，据Nature Communications官方网站消息，美国华盛顿大学与特拉华大学的研究人员开发出一条利用二氧化碳（CO₂）生产碳纳米复合材料的全新工艺路线，可将温室气体转变为高性能工程材料。相关研究成果以“Transforming CO₂ into advanced 3D printed carbon nanocomposites”为题发表在《Nature Communications》期刊上。

碳纳米复合材料具有轻质、高强、高热稳定性等优点，是铝基和钛基轻合金等的优质替代品。在全球气候问题愈发严重的大背景下，将温室气体CO₂转化为碳纳米复合材料具有环保和经济的双重意义。为此，研究人员开发出一种将CO₂高效转化为碳纳米复合材料的新工艺，并建立了生产集成系统。研究人员首先利用基于阴离子交换膜的电解槽组将CO₂转化为一氧化碳（CO），然后将CO引导至热化学反应器并通过热催化将其转化为碳纳米管（CNT），最后利用3D打印技术将CNT打印为高密度碳纳米复合材料。实验表明，经催化剂体系优化后，该工艺在550℃的适中温度下实现了高达84%的CNT转化率，生产速率也达到每克催化剂作用下每小时产出2.9克CNT。该生产集成系统在200多小时的持续运行中保持了性能稳定，与传统的化石燃料衍生方法相比，碳纳米管生产成本降低了90%，这对未来工业化应用具有重要意义。

这项工作将CO₂转换为有价值的3D打印碳纳米复合材料，为应对气候问题提供了变革性策略，有望促进环境治理与新材料制造融合发展。