爲實施碳中和，全球都在開展將二氧化碳固化或轉化爲有用資源的研發。爲了將二氧化碳轉化爲有用的材料，多數情況下，都必須在高溫高壓下進行反應並使用昂貴的貴金屬觸媒。由於二氧化碳的碳爲極度氧化下的穩定狀態，因此若要實施物質轉換就需要大量能源。日本京都大學iCeMS的堀毛悟史副教授和該校工學研究科博士生門田健太郎（現在爲俄勒岡大學JSPS海外特別研究員）等人與JEOL RESONANCE公司的西山裕介研究員以及iCeMS的丹尼耳·帕克伍德講師組成的研究團隊合作，成功開發出了在常溫常壓下將二氧化碳轉化爲有用的多孔材料的新方法。相關論文已發表在JACS上。
此次合成的多孔材料結構圖（供圖：京都大學）
被用於淨水器和空氣淨化連串裝置器的活性碳及沸石等内部有無數微孔的多孔材料，還被廣泛用於儲能、氣體分離等多個領域。研究團隊此次着眼於由金屬離子和有機分子構成的多個立方體相連結構的多孔材料——多孔金屬錯合物（PCP/MOF）。PCP/MOF自1990年代後半被發現以來，已經被開發出來9萬多種，其中一部分已投入半導體儲氣用途。然而，它們都不是由二氧化碳爲原料製成的。
研究團隊此次開發出了使有機分子胺與二氧化碳發生反應，然後使獲得的有機分子哌嗪直接與金屬離子（醋酸鋅）發生反應，從而一次合成PCP/MOF的方法。透過改變胺與金屬離子的組合，可以在常溫常壓下將二氧化碳轉化成各種PCP/MOF。利用同步輻射X射線繞射測量法和固體核磁共振譜法（NMR）調查獲得的PCP/MOF的分子結構發現，内部有規則地形成了1奈米的微孔。在結構上二氧化碳佔重量的33％。
這種合成方法適用於多種條件。例如，可以在1個大氣壓力、25℃和30分鐘的條件下，將9升的二氧化碳透過一次反應轉化爲50克PCP/MOF粉末，作爲固體封存起來（收存率80％）。另外，空氣中含有0.04％的二氧化碳，如果持續向胺和醋酸鋅水溶液中吹入乾燥空氣，雖然需要幾天的時間，但能以61％的收存獲率合成PCP/MOF。
實驗合成的50gPCP/MOF粉末（供圖：京都大學）
此外，合成的PCP/MOF的微孔中可以儲存大量二氧化碳。實驗在常溫和26個大氣壓力下，使每克PCP/MOF最大儲存了0.7克二氧化碳。
堀毛副教授表示：「此次透過組合使用廉價的金屬和有機分子，成功地在常溫常壓下將二氧化碳轉化成了多孔材料。透過改變金屬離子與胺的組合，可以合成擁有不同結構和功能的多孔材料，實施二氧化碳的資源化。另外，從理論上來看可以輕鬆擴大規模，因此應該還能應用於透過儲存材料收集二氧化碳的CCS（碳捕集與封存）。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
