潮新聞客戶端 記者 林辰辰 通訊員 張弛

　　從空氣中捕獲二氧化碳，再生成清潔能源，近期，西湖大學王盼團隊與哈佛大學Michael J. Aziz團隊、國科大杭高院季云龍團隊合作，開發了能夠捕獲與釋放二氧化碳的水系液流電池。他們基于一類基于吩嗪衍生物的水溶性有機儲能小分子，并提出了在水系有機液流電池充放電過程中實現電化學碳捕獲一體化的方法。相關成果發表于《自然-能源》。

　　風能、太陽能、潮汐能、地熱等都屬于清潔能源，但由于其本身的間歇性和不連續性，利用效率非常低。找到高效、安全的中間儲能方式變得尤為重要。

　　水系液流電池使用水作為介質，對地理環境要求低，是一種非常安全、環境友好、高效的電化學儲能手段。在液流電池中，正負極電解液分別儲存在外部儲液罐中，通過循環泵傳送到電堆，活性物質在電極表面發生氧化還原反應實現能量的儲存與釋放。活性物質由電池中的離子交換膜隔離開，以阻止正負極材料的交叉污染。

　　西湖大學研究員王盼所帶領的有機功能材料實驗室聚焦于以有機合成化學為基礎的功能分子的設計，以材料功能為導向，賦予有機分子獨特的結構特性進行精準合成。

　　此前，王盼實驗室發現吩嗪類有機小分子在充放電過程中，由于其獨特的質子耦合氧化還原特性，會在水溶液中引起“pH搖擺”現象。于是想到利用這一現象，借助液流電池系統充當“碳捕手”。他們根據不同功能及應用場景，開發了一系列吩嗪“家族”新成員。其中，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);上一代小分子所使用的是氨基酸，而這一代，團隊換為了磺酸根。于是，“老骨架”抽出新芽，迸發了新生機：它既能實現水系液流電池的儲能功用，也能捕獲與釋放二氧化碳。

　　研究人員測試了1，8-ESP的水系液流電池的性能，發現這個小分子及其發展而來的電池，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、較高的穩定性、良好的抗氧化性、較低的能量成本。

　　在實際運行過程中，以1,8-ESP為活性物質的電池體系，既可作為二氧化碳捕集系統，也可同時進行能量存儲。該系統能夠根據市場與實際需求，來進行儲能與碳捕集的及時調整與響應，以獲得最大經濟效益。

　　下一步，王盼實驗室希望找到一種更理想的有機材料，能夠以此為基礎，可以直接從空氣中高效捕獲二氧化碳。目標是打造二氧化碳循環利用的碳閉環。即清潔能源提供的能量，一方面可以進行電化學存儲，另一方面可以為從空氣中捕獲二氧化碳(來源包括工廠廢氣、汽車尾氣等，只要人類還在使用化石燃料，產生的二氧化碳就避無可避)捕獲供能;然后，把這些二氧化碳當作為原料進行下一步的轉化，產生附加值更高的化學品和清潔能源(比如生產甲醇、乙烯)，由此實現良性循環。