Tertiary-Butyl Amine Functionalized Hierarchical Nano-Acrylic Copolymers for Energy- Efficient CO₂ Sequestration and Indoor Air Remediation

我们室内及办公室内的空气往往比室外更加污染，这是一场由庇护我们的墙壁本身所驱动的无声危机。当人们聚集在缺乏足够新鲜空气交换的封闭空间内时，他们呼出的二氧化碳会积聚到足以引起头痛、疲劳甚至长期健康风险的水平。与此同时，全球大气中的这种同种气体的浓度正在上升，从而捕捉热量并改变气候。几十年来，科学家们一直试图利用液体化学物质从空气中“洗涤”二氧化碳，但这些方法耗能巨大且具有腐蚀性，难以在日常建筑中使用。挑战在于寻找一种能够在室温下高效抓取二氧化碳，且不需要消耗大量能量来释放它的材料，同时还要保证其安全并易于作为涂料应用于墙面。

来自埃及国家研究中心和国家标准研究所的一个研究小组开发出了一种新型类漆材料，通过改变聚合物本身的化学性质解决了这些问题。他们没有使用需要高温才能重置的标准液体化学物质，而是创造了一种固态的纳米级聚合物，它像海绵一样吸收二氧化

二碳，但带有一种特殊的化学技巧，使其能够在正常的室内温度下工作。该材料由含有苯乙烯、丙烯酸丁酯以及两种特殊添加剂的混合物微滴组成：丙烯酸甲缩水甘油酯提供用于未来结合的反应环，而丙烯酸则需要被中和以防止其过早发生反应。

这一突破源于研究人员如何中和混合物中的酸性部分。在传统方法中，科学家使用氨水——一种极易在油漆干燥时挥发的常见化学物质——这会导致留下的材料无法捕获二氧化碳。在本研究中，研究人员用叔丁胺取代了这种易挥发的化学物质，叔丁胺是一种体积较大的分子，会锁定在干燥的薄膜内部。这种改变防止了在制造过程中可能破坏材料结构的意外副反应。更重要的是，它在干燥的漆膜内留下了高浓度的活性位点，随时准备抓取空气中的二氧化碳分子。

当研究人员测试这些新薄膜时，差异非常显著。由传统挥发性化学物质制成的对照样本几乎无法去除二氧化碳，其捕获率不到流经气流中二氧化碳的三 percent。相比之下，由这种新型胺基中和剂制成的薄膜几乎可以去除气流中近一半的二氧化碳，在仅 30 摄氏度的舒适室温下，十分钟内的去除效率达到了 49.2%。该材料不仅仅是将其捕捉在表面，而是通过化学键与其结合形成碳酸氢盐复合物，这一过程所需的能量极低。这意味着该材料只需稍微加热即可实现“再生”，释放捕捉到的气体，使表面恢复工作能力。

材料的结构对其性能起着至关重要的作用。研究人员发现，新的化学排列导致聚合物链发生溶胀并分离成微小的、截然不同的区域。薄膜的部分部分保持坚硬和刚性，而其他部分则形成了柔软的、亲水的“岛屿”，二氧化碳与空气的化学反应就在此处发生。这些柔软区域充当了微型储库，持有反应所需的少量水分，从而在整个漆膜中有效地创建了一个微观反应网络。这种内部架构允许气体轻松穿过薄膜并到达活性位点，将原本被动的墙面涂层转变为主动的空气净化器。

除了清洁空气的能力外，这种新材料还被证明是一种稳健的涂层。尽管内部化学结构复杂，但干燥后的薄膜足以抵抗划伤，并且能够牢固地粘附在表面上，满足工业涂料的标准。研究人员证实，该材料通过特定的化学路径运作：胺基从水分子中夺取一个氢原子以产生氢氧根离子，随后氢氧根离子攻击二氧化碳以形成碳酸氢盐。这种机制不同于以往依赖于形成难以打破的强键的方法，使得这种新材料能够以极低的能耗运行。

虽然结果令人鼓欣，但研究人员也承认，将这项技术规模化应用于现实世界仍需进一步研究。用于制作油漆的液体混合物随着新化学物质浓度的增加变得极其粘稠，这可能会导致在大规模工业工厂中难以进行泵送和混合。此外，材料的性能可能会受到极高湿度或空气中存在其他污染物的影响，且该涂层在经历数百次捕捉和释放循环后的长期耐久性尚未经过充分测试。团队建议，未来版本的这项技术可以与其他材料结合，以创造出不仅能清洁空气，还能利用光或热进行自我再生的智能涂层。

这项工作表明，通过仔细选择构建聚合物的化学物质，可以创造出一种能在室温下高效捕获二氧化碳的固体材料。该研究为开发“抗碳化”油漆提供了清晰的路径，这类油漆有望将普通的建筑物转化为清洁空气的主动参与者，为解决室内空气质量以及减轻温室气体排放的广泛努力提供潜在方案。研究结果表明，高效能碳捕获的关键或许不在于大型工业工厂，而在于覆盖我们墙面的材料的微观架构之中。