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近日，西湖大學(xué)研究員王盼團(tuán)隊與哈佛大學(xué)博士Michael J. Aziz團(tuán)隊、中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院博士季云龍團(tuán)隊合作，開發(fā)了一類基于吩嗪衍生物的水溶性有機(jī)儲能小分子，并提出了在水系有機(jī)液流電池充放電過程中實(shí)現(xiàn)電化學(xué)碳捕獲一體化的方法。也就是說，基于一種新合成的小分子，他們開發(fā)了能夠捕獲與釋放二氧化碳的水系液流電池。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·能源》上。 在前期研究工作中，他們發(fā)現(xiàn)吩嗪類有機(jī)小分子在充放電過程中，由于其獨(dú)特的質(zhì)子耦合氧化還原特性，會在水溶液中引起“pH搖擺”的現(xiàn)象。于是想到如何利用這一現(xiàn)象、借助液流電池系統(tǒng)來充當(dāng)這位“碳捕手”。
他們根據(jù)不同功能及應(yīng)用場景，開發(fā)了一系列吩嗪“家族”的新成員。新成員1,8-ESP與1,6-AFP共享同樣的“骨架”（母核），但嫁接著不一樣的“肢體”（官能團(tuán)，指的是影響有機(jī)化合物的物理化學(xué)性質(zhì)的原子或原子團(tuán)）；上一代小分子所使用的是氨基酸，而這一代，團(tuán)隊換上了磺酸根。 于是，“老骨架”抽出新芽，迸發(fā)了新的生機(jī)：它既能實(shí)現(xiàn)水系液流電池的儲能功用，也能捕集與釋放二氧化碳。 研究人員測試了1,8-ESP的水系液流電池的性能，發(fā)現(xiàn)它具有一系列較為優(yōu)越的表現(xiàn)。這個小分子及其發(fā)展而來的電池，具有“從酸到堿”都適宜的高水溶性、較好的二氧化碳捕獲表現(xiàn)、較高的穩(wěn)定性、良好的抗氧化性和較低的能量成本。 換言之，王盼實(shí)驗室成功實(shí)現(xiàn)了對二氧化碳的高效高容量捕集。在實(shí)際運(yùn)行過程中，以1,8-ESP為活性物質(zhì)的電池體系，既可作為二氧化碳捕集系統(tǒng)，也可同時進(jìn)行能量存儲。該系統(tǒng)能夠根據(jù)市場與實(shí)際需求，來進(jìn)行儲能與碳捕集的及時調(diào)整與響應(yīng)，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。 |
