MXene- og MBene-forbindelser kan konstrueres til selektivt at fange kuldioxid, siger undersøgelse

Nogle af de tyndeste materialer, som menneskeheden kender, kan give løsninger til videnskabsmænd i deres søgen efter at bremse virkningerne af global opvarmning.

Kendt som MXene- og MBene-forbindelser er disse stoffer kun nogle få atomer tykke, hvilket gør dem todimensionelle. På grund af deres store overfladeareal har materialerne potentiale til at absorbere kuldioxid-molekyler fra atmosfæren, hvilket kan bidrage til at reducere de skadelige virkninger af klimaændringer ved sikkert at binde kuldioxid.

I et papir offentliggjort 4. oktober i tidsskriftet Chem , UC Riverside-professor Mihri Ozkan og hendes medforfattere forklarer potentialet ved MXenes og MBenes i kulstoffangstteknologier.

"I denne gennemgang gennemførte vi en udtømmende analyse og foreslåede strategier for den udbredte implementering af disse materialer i store applikationer," sagde Mihri Ozkan, en klimahandlingsprofessor i UCR's Electrical and Computer Engineering Department ved Bourns College of Engineering. "Deres unikke egenskaber gør dem til fremragende kandidater til at opfange kuldioxid."

Ifølge Ozkan kan disse todimensionelle materialer konstrueres til selektivt at fange kuldioxid. En af deres vigtigste fordele er deres høje selektivitet over for kuldioxid, hvilket kan tilskrives en proces kaldet interlayer distance engineering. Derudover er materialerne mekanisk stabile og bevarer deres strukturelle integritet selv efter flere cyklusser med kulstofopsamling og frigivelse.

Efterhånden som menneskeskabte kuldioxidemissioner fortsætter med at stige, er udvikling af kulstoffangstteknologier blevet en topprioritet. Det forventes, at planetens temperatur kan stige med 1,5°C over det præindustrielle niveau inden for det næste årti, hvilket vil føre til hyppigere alvorlige vejrbegivenheder, forværret tørke, afgrødesvigt, øget niveau af menneskelig migration og politisk ustabilitet. Disse negative påvirkninger understreger det presserende behov for handling for at begrænse kulstofemissioner og afbøde virkningerne af klimaændringer.

Forskere ved Drexel University i Philadelphia, Pa., opdagede MXenes og MBenes i begyndelsen af ​​2010'erne. MXene er en uorganisk forbindelse, der består af atomisk tynde lag af overgangsmetalcarbider, nitrider eller carbonitrider. På den anden side er MBener dimensionelle overgangsmetalborider lavet af bor. Disse forbindelser fremstilles ved kemiske ætsningsteknikker og har krystallinske gitter med gentagne ortorhombiske og sekskantede strukturer.

Ozkan forklarede, at disse materialer kan bruges sammen med eksisterende teknologier, såsom dem, der er udviklet af det schweiziske firma Climework AS. Disse systemer udvinder kuldioxid direkte fra atmosfæren og binder det til sikker og langtidsopbevaring.

Før disse forbindelser kan bruges i kulstoffangstanordninger, skal flere tekniske problemer løses, ifølge Ozkan. Først og fremmest skal forskerne tage fat på de flaskehalse, der er forbundet med synteserelaterede udfordringer i produktion af store mængder. Andre hindringer for produktion i stor skala omfatter blandt andet uensartet blanding, temperaturgradienter og problemer med varmeoverførsel.

Alligevel kan disse forhindringer overvindes.

En top-down tilgang er ideel til storskala MXene-syntese ved at opskalere vådætningsmetoder eller udvikle nye, ifølge Ozkan.

Bladets medforfattere er UCRs Kathrine A.M. Quiros, Jordyn M. Watkins, Talyah M. Nelson, Navindra D. Singh, Mahbub Chowdhury, Thrayesh Namboodiri, Kamal R. Talluri og Emma Yuan.

Flere oplysninger: Mihrimah Ozkan et al., Bekæmpelse af forurenende CO2 ved at bruge todimensionelle MXener og MBener, Chem (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.09.001

Journaloplysninger: Kem

Leveret af University of California - Riverside