据物理学家组织网（Phys.org）2017年7月19日提供的消息，美国乔治华盛顿大学（George Washington University）的化学家将煤炭等燃料燃烧产生的CO2通过使用太阳能热力站的C2CNT工艺可以将其转化为碳纳米管绒毛(如图1所示）。
Fig. 1 Schematic representation of a possible future C2CNT station that uses solar thermal power to convert carbon dioxide from the atmosphere into carbon nanotube wool. Credit: Johnson et al. ©2017 Elsevier Ltd
众所周知，CO2作为一种温室气体，不仅会对气候变化产生影响，而且还会对大气造成污染，甚至导致政治混乱和经济负担。这些也是大多数人听到“二氧化碳排放”,他们可能会联想到的一些负面效应。但美国乔治华盛顿大学（George Washington University）的一名化学教授斯图尔特·里希特（Stuart Licht）领导的研究小组发现,有一个愿景可以使排放的CO2由污染物转变为一个有价值的资源,并可能获得很大的净利润。相关研究结果于2017年7月14日已经在Materials Today Energy杂志网站发表——Marcus Johnson, Jiawen Ren, Matthew Lefler, Gad Licht, Juan Vicini, Xinye Liu, Stuart Licht. Carbon nanotube wools made directly from CO2 by molten electrolysis: Value driven pathways to carbon dioxide greenhouse gas mitigation. Materials Today Energy, 2017, 5: 230-236. DOI: 10.1016/j.mtener.2017.07.0032468-6069.
在此项新的研究结果中,研究人员已经证明,他们可以使用CO2和太阳能热能生产高产毫米尺度的碳纳米管(CNT)绒毛，其成本仅为660美元/t。而像这样长度的碳纳米管的市场价格目前为10万~40万美元/t,因为他们可以编织成金属、水泥和其他材料的替代纺织品。
斯图尔特·里希特教授告诉物理学家组织网记者：“我们已经推出了一种被称之为‘碳纳米管绒毛（Carbon Nanotube Wool）’的新类材料，这是首例可以直接用来织成布的碳纳米管材料,因为它们具有宏观长度和廉价生产的特点，而且生产的唯一反应物原材料就是温室气体CO2。”
研究人员将CO2转化为CNTs(CO2 to CNTs)这项新技术简称为C2CNT,希望此项技术将提供一个不争的经济诱因，从大气中去除多余的CO2。研究者经过计算,如果在一个面积相当于撒哈拉沙漠（Sahara Desert）4%的区域建立太阳能热力站,10年之内有望使大气中CO2浓度的水平减少到工业化前的水平。他们也指出,一个更现实的实施方案就是在海洋上建造太阳能发电站，因为海洋上存在更多可用的表面积。
这项新研究基于科学家们先前2010年的研究，当他们第一次提出太阳能热电化过程(solar thermal electrochemical process简称STEP)时,太阳能是用于STEP的电解池。这个电解池捕获和分解或电解大气中的CO2,使其转化成CO和氧气(O2)。碳副产品可以用来合成各种产品,如甲烷、合成气和氨。虽然有用,这些产品的价格都约为100美元/t,所以其价值根本无法与CNTs的价格进行比较。
由排放的CO2来合成CNTs已经证明是更有挑战性,有一些早期的研究表明,通过电解熔融的碳酸锂是不可能生产CNTs 的,碳酸锂是用于STEP过程中,使其碳产品成核生长的一种化合物。然而,在2015年,斯图尔特·里希特教授和他的团队首次展示了CO2分解转化为CNTs 的高产率、低能耗的可行性,他们与熔融碳酸锂一起使用另一种生长机制。
然而,此工艺的一个缺点就是产生CNTs都是纳米级(长度小于100 μm),太短无法编织成纺织品。这项新研究的主要结果是CNTs的长度超过100倍,可以取代电解槽与蒙乃尔铜镍合金一起使用的铜阴极或钢阴极。通过作这种变化和其他参数的仔细调优,研究人员制作出CNTs 的直径超过1 μm和长度超过1 mm 。他们指出,针对这种产品引出另外一个实际问题:这种纳米管是否应该被归类为“纳米材料（nanomaterials）”。在任何情况下,仿绒毛碳纳米管都是有足够的长度，以满足编织成纺织品供各种应用需求。
斯图尔特·里希特教授说：“廉价、可编织的CNT绒毛被认为是首选替代传统的钢铁和铝的应用,由于CNT绒毛质量轻、强度质量比优势等。除了纺织品、CNT绒毛作为抗爆、抗裂水泥和陶瓷的首选添加剂。其他超强钢、高导电CNT布的应用就是防弹衣。”
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