原标题：重磅！《Science》杂志再发我校科研成果！王军教授课题组碳捕集研究取得突破
来源：南京工业大学
■2021年7月16日，《Science》杂志发表了我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授课题组在沸石分子筛碳捕集领域取得的最新研究成果。
■2021年3月26日，《Science》杂志发表了先进材料研究院黄维院士和陈永华教授团队有关室温和高湿度下稳定的钙钛矿太阳能电池方面的最新研究成果。
■2021年3月12日，《Science》杂志发表了化学与分子工程学院赵莉莉教授等人和德国埃尔朗根-纽伦堡大学等合作的研究成果。
■2021年3月10日，《Nature》杂志发表南京工业大学固态离子与新能源技术团队邵宗平教授和周嵬教授课题组在固体氧化物燃料电池商业化之路的技术突破。
一学期4篇《Science》和《Nature》正刊，我南工大让人骄傲！
二氧化碳高效捕集与利用是降低CO2排放、实现分离回收和综合利用的有效途径，对于实现碳达峰和碳中和具有重要的意义。
然而，如何构筑兼具较高分离选择性和吸附容量的吸附剂一直是学界面临的挑战。
2021年7月16日，《Science》杂志全文在线发表了我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授课题组在沸石分子筛碳捕集领域取得的最新研究成果“Self-assembled iron-containing mordenite monolith for carbon dioxide sieving”（自成型含铁丝光沸石整体性高效捕集二氧化碳）。
王军教授课题组研发的自成型沸石在碳捕集中具有吸附容量大、气体分离比例高和抗水汽干扰的优点。
一网打尽
沸石分子筛碳捕集所有痛点
二氧化碳体积吸附量创纪录、显示优异分离能力、不受水汽影响、低成本、自成型、更环保……我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授课题组合成自成型含铁丝光沸石吸附剂，一网打尽沸石分子筛碳捕集所有痛点，在碳捕集领域取得新突破。7月16日，《Science》杂志全文在线刊发这一最新研究成果。
沸石等物理吸附剂具有适用范围广、成本低、操作简单、吸附剂循环复用便捷等诸多优点，因而在碳捕集领域备受青睐。周瑜教授介绍道：“但是既有的沸石吸附剂面临着吸附容量不高、气体分离比低、不耐水汽、脱附再生能耗高、粘结剂成型后性能下降等方面的挑战。”
实验显示，团队合成的含铁丝光沸石吸附剂在室温298K、1个大气压条件下，其吸附量为219立方厘米每立方厘米，是迄今报道的最高值，同等条件下，工业基准13X沸石吸附剂的最高吸附量为156立方厘米每立方厘米。更重要的是，所得材料对氩气、氮气、甲烷等表现出良好的筛分能力，其分离比13X沸石吸附剂高出多个数量级。
“通常在分离过程中，实际气体中都有水汽，有的吸附剂遇水不稳定，大部分吸附剂‘亲水’故而分离性能受水汽干扰严重，常常需要先干燥再吸附，我们的含铁丝光沸石吸附剂分离性能不受水汽干扰，且循环使用优异。”论文第一作者、我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院周瑜教授介绍道。
就能耗而言，当下的工业基准13X沸石吸附剂在分离CO2/CH4(50/50)混合气时回收一公斤二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量，而我们的吸附剂每吸附一公斤二氧化碳仅需消耗0.7兆焦能量。说起回收率高、能耗低的“利好”，论文通讯作者王军教授很是开心：“在纯度相同的情况下，我们吸附剂对CO2的回收率大于95%，CH4的回收率能从61.9%提升到96.9%。”
十年磨一剑，一朝露锋芒。据王军介绍，课题组成员长期以来埋首于这类沸石材料的研究，逐渐形成了独特的“酸水解”路径合成方法。采用这种工艺创制的含铁丝光沸石吸附剂较之以前有两大突破，一是变原来的粉状为高机械强度块状，省却了后续成型工艺，具有典型绿色化工特点；二是独特的孔道结构实现了高效碳捕集。
“我们采用所发展的‘酸水解’独特合成路径，经过千百次反复优化，加之现代最先进仪器支撑的性能测试和结构解析，才最终取得这样的优异结果。”据周瑜介绍，二氧化碳直径为0.33纳米，他们的沸石吸附剂孔口尺寸便是0.33-0.34纳米，但并不影响固有的较大孔容，如此一来，此孔径便成了二氧化碳“专属”捕集孔。
上图为气体吸附分离性能：(A) 298 K时CO2体积吸收量；(B) CO2/N2:15/85和CO2/CH4:50/50二元混合物在1 bar和298 K下的CO2/N2和CO2/CH4分离选择性；(C-E) CO2/N2(CH4)穿透曲线；(F) 2-床VSA工艺的流程示意图和(G) ASPEN模拟结果。
这一研究是碳捕集领域的重大突破，具有明显的实际应用潜力，开拓了杂原子沸石分子筛在气体吸附分离领域的新应用。“碳捕获是降低二氧化碳排放、实现分离回收和综合利用的有效途径，对于实现碳达峰和碳中和目标具有重要意义。”据周瑜介绍，此项研究成果可应用于发电厂燃烧后的二氧化碳捕集、天然气净化、沼气纯化等方面。
该项研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院周瑜教授为论文第一作者，我校硕士研究生张建林、王磊副教授，浙江大学崔希利教授和我校博士生刘晓玲为共同第一作者。我校材料化学工程国家重点实验室、化工学院王军教授为论文通讯作者，新加坡国立大学颜宁教授和浙江大学邢华斌教授为共同通讯作者。论文的通讯单位依次为南京工业大学、浙江大学、新加坡国立大学。
