作者：Zibo Yanga, Qingqing Lia, Bin Lia, Tongan Yan*, Shuwen Yu, Zhihua Qiao*

01 论文信息

论文信息

Zibo Yang, Qingqing Li, Bin Li, Tongan Yan, Shuwen Yu and Zhihua Qiao. COF-999: A high-performance CO₂ adsorbent for direct air capture technology[J].Green Carbon, 2025.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2025.03.004

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COF-999: A high-performance CO₂ adsorbent for direct air capture technology

中文解读原链接

Green Carbon评述 | Nature：胺修饰共价有机骨架实现空气中CO₂的高效捕集

02 背景简介

近年来，全球变暖已成为人类面临的主要挑战之一。由于大气中温室气体的增加，大气温度持续上升。在温室气体中，二氧化碳作为全球气候变化的主要驱动力，其影响越来越大。在过去的60年里，全球工业二氧化碳年排放量激增了约170%，对全球环境造成了严重影响。直接空气捕获（DAC）技术因其对低浓度CO₂气体的有效性和应用场景的灵活性而成为吸附分离技术的热门研究课题。DAC技术是具有前景的解决气候变化和实现碳中和的技术，但是发展持久性高容量、快速动力学、再生温度低的捕碳材料仍然非常困难，尤其是需要从错综复杂且不断改变的气氛捕碳。

天津工业大学乔志华教授、邯郸学院杨紫博教授在Green Carbon发表题为“COF-999: A high-performance CO₂ adsorbent for direct air capture technology”评述文章，针对加州大学Omar M. Yaghi教授团队在Nature发表文章“Carbon dioxide capture from open air using covalent organic frameworks”，进行了系统性分析和点评。

03 评述内容

加州大学Omar M. Yaghi教授团队在Nature发表的突破性研究开发了一种能够有效吸附空气中二氧化碳的共价有机骨架材料（COF-999）。通过烯烃链接构筑COF材料，并进行有机胺的共价连接改性，从结构角度引入疏水性结构单元、多胺单元。COF-999能够从空气中吸附二氧化碳。首先，通过在COF中构建疏水结构单元来产生疏水孔，从而降低COF-999的再生温度。其次，引发剂通过共价键与骨架结构结合，同时允许多胺共价连接，防止其在循环过程中损失。引发剂的高活性和材料的大孔径为多胺负载和CO₂扩散提供了条件，这是实现高容量和快速循环的必要条件。第三，形成COF骨架的共价分子之间的烯键导致结构的整体热/化学稳定性，从而形成优异的CO₂循环稳定性，并确保COF结构的孔隙率和完整性。

总结与展望

COF-999的问世推动了DAC材料研究的发展。COF-999的设计策略，如引入疏水孔、多胺单元和烯键，将为设计和开发更多性能优异的吸附材料提供思路。研究人员未来可以进一步优化COF-999的性能，例如增加孔体积和比表面积，可为二氧化碳捕获提供更多的活性位点，提高吸附能力，降低能耗，提高分离效率。此外，COF-999还可用作吸附或膜材料，用于分离难分离体系气体，如CO₂和C₂H₂，促进其工业化应用过程。

04 作者简介

乔志华 教授

乔志华，教授、博士生导师，天津工业大学化学工程与技术学院/省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，国家优青，天津市杰青。长期致力于高通量MOF气体分离膜的设计与制备、MOF膜的大面积化和规模化制备及工程化等方面的研究。主持国家自然科学基金、科技部重点研发项目课题/子课题、河北省重点研发课题等多项课题。在Nature Materials、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science等国际著名学术期刊发表论文20余篇，著作1部，授权国家专利8项。

杨紫博 教授

杨紫博，中共党员、教授，邯郸学院化学化工与材料学院，长期从事于高性能MOF基气体分离膜的开发与应用研究，主持国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省教育厅青年拔尖人才项目等多项课题。在Nature Materials、Angewandte Chemie International Edition、Journal of Membrane Science等国内外高水平期刊上发表SCI论文10余篇，担任温州大学与Wiley出版社合办的高质量期刊Carbon Neutralization青年编委。

05 Green Carbon

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