Tình trạng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã dẫn đến lượng khí thải CO2 toàn cầu gia tăng, dẫn đến những sự cố nghiêm trọng liên quan đến nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Phương thức khả thi cho vấn đề này là thu giữ và cô lập cacbon từ khí quyển, nhưng các phương pháp hiện nay tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Khả năng phản ứng thấp của CO2 làm cho quá trình thu giữ và chuyển đổi CO2 một cách hiệu quả trở nên khó khăn.

Ken-ichi Otake, nhà hóa học vật liệu tại trường Đại học Kyoto cho biết nhóm nghiên cứu của ông đã thiết kế thành công vật liệu xốp có ái lực cao với các phân tử CO2 và chuyển đổi hiệu quả CO2 thành vật liệu hữu cơ.

Vật liệu này là polyme phối hợp xốp (PCP hay còn được gọi là MOF; khung kim loại hữu cơ), một khung bao gồm các ion kim loại kẽm. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu bằng cách sử dụng phân tích cấu trúc tia X và phát hiện thấy nó chỉ có thể thu giữ có chọn lọc các phân tử CO2 với hiệu suất cao gấp 10 lần các PCP khác.

Vật liệu này có thành phần hữu cơ với cấu trúc phân tử giống như cánh quạt và khi các phân tử CO2 tiếp cận cấu trúc, chúng xoay và sắp xếp lại cho phép bẫy CO2, dẫn đến làm thay đổi nhẹ các kênh phân tử trong PCP - điều này cho phép nó hoạt động như rây phân tử có khả năng nhận ra các phân tử theo kích thước và hình dạng. PCP cũng có thể được tái chế; hiệu quả của chất xúc tác không giảm ngay cả sau 10 chu kỳ phản ứng.

“Một trong những cách tiếp cận xanh nhất để thu giữ cacbon là tái chế CO2 thành các hóa chất giá trị cao như cacbonat tuần hoàn được sử dụng trong hóa dầu và dược phẩm”, ông Susumu Kitagawa, nhà hóa học vật liệu tại Đại học Kyoto nói.

Sau khi thu cacbon, vật liệu chuyển đổi có thể được sử dụng để tạo ra polyurethane, vật liệu có nhiều ứng dụng bao gồm quần áo, đồ gia dụng và bao bì. Nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng của PCP để bẫy CO và chuyển đổi thành vật liệu hữu ích, mở đường cho nghiên cứu vật liệu thu giữ cacbon trong tương lai.