从“空气取水”到“捕获碳”：诺贝尔奖揭示碳化三聚氰胺泡沫的未来方向 ——SINOYQX 探索材料科学的可持续新边界

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5 hours ago

从“空气取水”到“捕获碳”：诺贝尔奖揭示碳化三聚氰胺泡沫的未来方向

——SINOYQX 探索材料科学的可持续新边界

一、诺贝尔奖的启示：材料科学正改变地球资源利用方式

2025 年 10 月，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予日本科学家 北川进、澳大利亚科学家 理查德·罗布森 以及美国科学家 奥马尔·亚基。
他们开创性的研究成果——金属有机框架（MOF, Metal–Organic Framework），
被誉为“分子级海绵”，让人类能够从极度干旱的空气中收集可饮用水，并高效捕获二氧化碳。

MOF 的独特魅力在于其 可调控的纳米孔结构：
它能像分子积木一样精确设计孔径与化学位点，从而选择性吸附气体、水分子或其他目标分子。

这种创新材料被广泛用于：

🌫️ 捕获空气中的 CO₂，助力碳中和；
💧 从沙漠空气中吸附水分，生成纯净水；
🧪 封装与分离有毒工业气体，提高生产安全；
🔋 优化能源利用效率，降低排放与能耗。

这一突破标志着：人类正式进入“空气资源利用”时代。

二、碳化三聚氰胺泡沫：从“分子海绵”到“碳海绵”

当 MOF 掀起全球科研热潮时，SINOYQX 也在用另一种方式探索空气资源的工程化利用。
通过 碳化改性三聚氰胺泡沫（Carbonized Melamine Foam, CMF），
我们正在让分子级吸附原理在工业规模中落地。

在高温惰性气氛（约 800°C）下，三聚氰胺泡沫会转化为轻质却坚韧的 氮掺杂多孔碳骨架，其结构特性包括：

超高比表面积（800–2000 m²/g）；
多级孔道系统（微孔 + 中孔 + 宏孔共存）；
优异的光热吸收与导热性能；
稳定的化学惰性与机械强度。

这种“碳化后的海绵”既能吸附水蒸气，又能捕获 CO₂，
是将 MOF 科学成果推向应用层面的理想“碳海绵”材料。

三、“取水 + 捕碳”：碳化三聚氰胺泡沫的双重功能

1️⃣ 空气取水（Air-to-Water）

通过在碳化泡沫表面复合亲水纳米层（如 Zr-MOF、氧化石墨烯等），
材料可在低湿环境下吸附空气中的水蒸气；
白天借助光热升温释放水分，冷凝成液态纯水。
这一“吸–释–冷凝”循环，让碳化泡沫在 沙漠、岛屿、边远地区 等环境中实现无电制水成为可能。

2️⃣ 二氧化碳捕获（CO₂ Capture）

碳化三聚氰胺泡沫中丰富的 氮掺杂碳结构 提供极性吸附位点，
研究表明，其 CO₂ 吸附容量可达 5.4 mmol/g（0°C 条件下），
且在 500 次循环再生后性能稳定。
它广泛适用于：

工业尾气净化
储能系统环境调控
数据中心空气过滤与碳管理

碳化泡沫兼具 低能耗、可循环、耐高温 等优点，
在“吸水 + 捕碳”双功能应用中展现出显著的结构与经济优势。

四、MOF × CMF：科学与工程的结合点

性能项目	MOF（金属有机框架）	CMF（碳化三聚氰胺泡沫）
孔径级别	纳米级（0.3–2 nm）	微米级（10–150 μm）
吸附能力	精准分子筛分	多级物理吸附 + 极性吸附
水捕获性能	✅ 高（实验级）	✅ 高（结合光热循环）
CO₂ 捕获性能	✅ 卓越（实验级）	✅ 稳定（可规模化）
力学性能	脆弱粉体	轻质、可压缩、可加工
工程可行性	实验室规模	✅ 可批量制备、低成本
环境适应性	对湿度敏感	✅ 耐湿、耐热、无卤阻燃